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由于鈉豐度高、制造成本低和安全性高，水系鈉離子電池（ASIB）有望用于大規模儲能應用，迫切需要開發新的、實用且性能優異的正極材料。聚陰離子化合物[如Na₃V₂(PO₄)₃]在非水系電解液鈉離子電池中作為正極材料顯示出良好的性能，但它們在水系體系中存在局限性。

在此，西北工業大學黃維院士、張皝副教授及德國烏爾姆亥姆霍茲研究所Stefano Passerini教授等人提供了對材料的評估以及聚陰離子型化合物作為ASIB潛在正極材料的最新突破性進展。

首先介紹了當前ASIB的優勢與挑戰，通過評估電化學性能參數（如能量、功率密度和循環性能）以及對材料可持續性的關鍵考慮，突出了聚陰離子化合物作為ASIB正極的優勢。然后總結并討論了幾種聚陰離子化合物（包括釩基、鐵基、錳基等）在材料設計、電解液-電極兼容性、電池運行配置及其電化學性能方面的最新進展。

圖1. 代表性聚陰離子化合物的晶體結構

最后，作者展望了將聚陰離子化合物用于電網規模應用的高能水系電池的挑戰和研究方向。

一方面由于在水系介質中的穩定性差，材料可能會發生溶解導致容量衰減、循環壽命短等問題。雖然濃縮電解液克服了稀電解液的局限性，但低離子電導率（高粘度）和高成本（昂貴的氟化鹽）阻礙了其應用。因此，電極優化和電解液設計對于ASIB至關重要。

另一方面，電極材料的選擇仍然非常有限，化學不穩定性強調了當前正極材料對傳統水系電解液的不適性，未來應開發具有多電子反應的新材料（如錳基化合物），ASIB仍需要學術界和工業界的進一步研究以實現商業可行性。

圖2. 不同ASIB系統中聚陰離子正極材料的性能指標總結

Assessment and Progress of Polyanionic Cathodes in Aqueous Sodium Batteries, Energy & Environmental Science 2021. DOI: 10.1039/D1EE01392K

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