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被稱為“搖椅電池”的鋰離子電池(LIBs)在消費電子和能源汽車領域取得了巨大成功。然而，鋰、鈷資源短缺導致成本飆升，以及對性能和安全性需求的不斷提高，迫切需要開發高效的電池系統。

雙離子電池（DIBs）基于不同的工作機制，在充放電過程中同時涉及陽離子和陰離子，由于其環保、成本低、安全性好、工作電壓和能量密度高等優勢，有望成為傳統電池的替代品。盡管有這些優點，DIBs也面臨著各種挑戰，包括嵌入型石墨電極導致的容量有限以及大陰離子嵌入和高壓電解液分解導致的循環壽命縮短。為克服這些挑戰，目前采取了各種有效的策略，也報道了許多鼓舞人心的成果。

東北師范大學朱廣山、王恒國等簡要概述了DIBs的歷史、機理和構型，重點總結了DIBs電極材料的最新發展，涵蓋無機電極材料和有機電極材料，以及它們在各種金屬基DIBs中的應用。

圖1 鋰離子電池和雙離子電池的工作機制示意圖

不同的電極材料各有優缺點：石墨正極以其獨特的層狀結構而聞名，它可以可逆地嵌入各種陰離子，但由于體積膨脹大和電解液分解嚴重，導致陰離子存儲能力有限，循環性能較差。陰離子嵌入的高工作電位也是亟待解決的問題。

隨著搖椅式電池的研究途徑，無機負極材料現在被積極開發為有前景的電極材料，而大體積膨脹導致的差循環性能以及從消耗型礦物資源中制備它們是大規模應用的限制因素。

圖2 嵌入石墨不同階段的示意圖

有機電極材料具有環境友好性和易于回收/處置的特點，但它們的弱導電性、在非質子電解液中的高溶解性，以及難以以可承受的成本大規模生產是可能實際應用的關鍵弱點。

因此，需要大力克服這些限制和挑戰，開發高性能電極材料以提高 DIBs 在 ESS 中的競爭力是當務之急。最后，作者液提出了一些克服這些挑戰的建議以及可能的解決方案策略。

圖3 DIBs未來發展方向示意圖

Recent developments in electrode materials for dual-ion batteries: Potential alternatives to conventional batteries. Materials Today 2021. DOI: 10.1016/j.mattod.2021.11.008

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東北師大朱廣山/王恒國Mater. Today：雙離子電池電極材料的最新進展

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