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普魯士藍類似物 (PBA) 因其卓越的電化學性能而成為許多下一代金屬離子電池的有前途的正極材料，它們的無氧結構避免了常見的電池熱失控途徑，即氧氣的釋放。

在此，美國普渡大學Vilas G. Pol等人通過差示掃描量熱法 (DSC) 和熱重分析 (TGA) 在內(nèi)的熱分析技術從非水系鈉離子和鉀離子電池（SIBs和 KIBs）的材料和全電池水平兩個方面全面研究了PBAs的熱失控機制，確定了潛在的安全問題和不需要氧氣析出的新型失控機制。

氰化物基團在200 °C 以上以有毒氰化物形式釋放 (≈51.4 wt%)，也會與電解液發(fā)生放熱反應并導致失控。作者通過拉曼光譜、XPS、原位TEM和operando同步XRD研究，提出了正極水解歧化生成氰化物氣體的機理。

圖1. 代表性PBA正極分解機理分析

此外，全電池水平的量熱研究表明，與傳統(tǒng)的LiCoO₂-石墨體系相比，這種SIB和KIBs的放熱減少了，但失控的起始溫度更低。因此，控制合成過程中的缺陷和水含量對于提高整體PBA正極安全性至關重要，作者還發(fā)現(xiàn)負極的安全問題更多地歸因于反應性鉀化/鈉化碳和脆弱的SEI，它們更早地引發(fā)了失控。

這項工作有助于更好地了解KIB和SIB的熱失控機制，電池的熱失控優(yōu)化可以通過調(diào)整電解液組成獲得穩(wěn)定的負極SEI或更好的電解液熱穩(wěn)定性，并使用結晶良好的PBA正極抑制氰化物釋放來實現(xiàn)。

圖2. 整個PBA正極熱失控過程的解釋

Revealing the Thermal Safety of Prussian Blue Cathode for Safer Nonaqueous Batteries, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101764

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普渡大學AEM：揭示用于非水系電池的普魯士藍類似物正極的熱安全性

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