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

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

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

東北師范大學(xué)朱廣山、王恒國(guó)等簡(jiǎn)要概述了DIBs的歷史、機(jī)理和構(gòu)型，重點(diǎn)總結(jié)了DIBs電極材料的最新發(fā)展，涵蓋無(wú)機(jī)電極材料和有機(jī)電極材料，以及它們?cè)诟鞣N金屬基DIBs中的應(yīng)用。

圖1 鋰離子電池和雙離子電池的工作機(jī)制示意圖

不同的電極材料各有優(yōu)缺點(diǎn)：石墨正極以其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)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(yán)重，導(dǎo)致陰離子存儲(chǔ)能力有限，循環(huán)性能較差。陰離子嵌入的高工作電位也是亟待解決的問(wèn)題。

隨著搖椅式電池的研究途徑，無(wú)機(jī)負(fù)極材料現(xiàn)在被積極開(kāi)發(fā)為有前景的電極材料，而大體積膨脹導(dǎo)致的差循環(huán)性能以及從消耗型礦物資源中制備它們是大規(guī)模應(yīng)用的限制因素。

圖2 嵌入石墨不同階段的示意圖

有機(jī)電極材料具有環(huán)境友好性和易于回收/處置的特點(diǎn)，但它們的弱導(dǎo)電性、在非質(zhì)子電解液中的高溶解性，以及難以以可承受的成本大規(guī)模生產(chǎn)是可能實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵弱點(diǎn)。

因此，需要大力克服這些限制和挑戰(zhàn)，開(kāi)發(fā)高性能電極材料以提高 DIBs 在 ESS 中的競(jìng)爭(zhēng)力是當(dāng)務(wù)之急。最后，作者液提出了一些克服這些挑戰(zhàn)的建議以及可能的解決方案策略。

圖3 DIBs未來(lái)發(fā)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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