普魯士藍(lán)類似物（Prussian Blue Analogues, PBAs）因其開(kāi)放的框架結(jié)構(gòu)和較高的理論容量，被認(rèn)為是水系鉀離子電池中極具潛力的理想電極材料。然而，目前的研究大多聚焦于正極材料中過(guò)渡金屬元素的調(diào)控與晶體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，常常忽略了晶格間隙水對(duì)電極動(dòng)力學(xué)行為和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性所起的關(guān)鍵作用。

對(duì)于不含堿金屬陽(yáng)離子的PBAs負(fù)極材料而言，其結(jié)構(gòu)內(nèi)部的空腔更易被水分子占據(jù)。在鉀離子脫嵌過(guò)程中，這些間隙水可能隨K?一同流失，進(jìn)而引發(fā)晶格結(jié)構(gòu)畸變、相結(jié)構(gòu)退化以及離子擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)遲滯等問(wèn)題。這些問(wèn)題在以往研究中未受到足夠重視，嚴(yán)重限制了PBAs在低電壓負(fù)極中的有效應(yīng)用，成為制約其性能提升的關(guān)鍵瓶頸。

中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心的研究團(tuán)隊(duì)提出了一種“陽(yáng)離子自屏蔽”策略，以富含間隙水的MnCr基普魯士藍(lán)（K?.??Mn[Cr(CN)?]?.??·4.75H?O，簡(jiǎn)稱MnHCC）作為水系鉀離子電池負(fù)極材料，并引入二羥基丙酮（DHA）作為電解液添加劑，構(gòu)建出K?-DHA自屏蔽陽(yáng)離子。DHA憑借其強(qiáng)配位能力優(yōu)先占據(jù)K?的溶劑化殼層，有效抑制了間隙水參與脫嵌過(guò)程，從而維持了電極的富水狀態(tài)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。研究揭示了間隙水流失導(dǎo)致MnHCC電極出現(xiàn)雙充電平臺(tái)的機(jī)制，并證實(shí)DHA能夠通過(guò)抑制間隙水脫出和結(jié)構(gòu)畸變，使MnHCC電極的充電電位穩(wěn)定在-1.0 V。基于該策略組裝的全普魯士藍(lán)水系鉀離子電池實(shí)現(xiàn)了1.82V的高工作電壓和76Whkg?1的有效比能量，為發(fā)展高安全性、低成本的儲(chǔ)能電池提供了新思路。

圖 （a）21KOTF 電解液中 MnHCC電極的 GCD 曲線。（b, c）21KOTF + 1m DHA電解液中 MnHCC 電極的 GCD和CV 曲線。（d）電極內(nèi)離子遷移示意圖。（e, f）不同電解液的核磁和拉曼分析。（g）不同電解液中MnHCC電極的放電-充電過(guò)程示意圖。

本工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省碳達(dá)峰碳中和創(chuàng)新計(jì)劃的資助。中國(guó)科學(xué)院物理研究所博士后郭秋卜及博士生韓帥為本文第一作者，陸雅翔研究員、肖睿娟副研究員和胡勇勝研究員為文章通訊作者。該成果以“陽(yáng)離子自屏蔽”策略助力構(gòu)建高電壓全普魯士藍(lán)水系鉀離子電池（Cation-self-shielding strategy promises high-voltage all-Prussian-blue-based aqueous K-ion batteries）為題發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Commu-nications）雜志上。

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