普魯士藍(lán)的特性
鈉電普魯士藍(lán)材料具有以下特性:
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1. 晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì):
- 開(kāi)放的三維通道結(jié)構(gòu):普魯士藍(lán)化合物具有典型的立方晶體結(jié)構(gòu),所有金屬離子位于立方體頂角,這種結(jié)構(gòu)形成了較大的隧道,可為鈉離子的嵌入和脫嵌提供寬敞且自由的通道,使得鈉離子能夠快速地嵌入和脫出,這一特性賦予了材料優(yōu)異的倍率性能,即在大電流充放電時(shí)仍能保持較高的容量和較好的性能。
- 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高:在鈉離子脫嵌過(guò)程中,材料的結(jié)構(gòu)框架相對(duì)穩(wěn)定,能夠承受多次的充放電循環(huán),保證了電池的循環(huán)性能。
2. 電化學(xué)性能良好:
- 高比容量:理論上普魯士藍(lán)材料具有較高的比容量,可提供較多的電荷存儲(chǔ)能力,這對(duì)于提高電池的能量密度具有重要意義。
- 合適的電壓平臺(tái):其電壓平臺(tái)較為穩(wěn)定且適中,能夠?yàn)殡姵靥峁┹^為穩(wěn)定的輸出電壓,保證電池在使用過(guò)程中的性能穩(wěn)定性。
3. 成本低廉:該材料的核心元素主要是鐵和錳等常見(jiàn)的過(guò)渡金屬,這些元素在地球上儲(chǔ)量豐富,價(jià)格相對(duì)較低,使得普魯士藍(lán)材料的生產(chǎn)成本相對(duì)較低,有利于鈉離子電池的大規(guī)模應(yīng)用和推廣。
4. 安全性能較高:普魯士藍(lán)材料能夠通過(guò)嚴(yán)苛的針刺測(cè)試,在一定程度上表明其具有較好的安全性能。在電池發(fā)生內(nèi)部短路等異常情況時(shí),不易引發(fā)起火、爆炸等安全事故。
5. 高低溫性能優(yōu)異:可以在較寬的溫度范圍內(nèi)(通常為-50℃至80℃)正常工作,無(wú)論是在高溫環(huán)境還是低溫環(huán)境下,都能保持較好的充放電性能,具有良好的溫度適應(yīng)性。
6. 環(huán)境友好:不含有重金屬等有毒有害元素,對(duì)環(huán)境的污染較小,符合現(xiàn)代社會(huì)對(duì)綠色環(huán)保材料的要求。
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不過(guò),鈉電普魯士藍(lán)材料也存在一些有待解決的問(wèn)題,比如在制備過(guò)程中難以完全去除晶格中的配位水,這些配位水在實(shí)際使用中會(huì)參與各種副反應(yīng),影響電池的容量和循環(huán)性能;并且普魯士藍(lán)類化合物的熱穩(wěn)定性差,與水反應(yīng)會(huì)生成有毒的HCN,存在一定的安全性問(wèn)題和環(huán)境處理難題。
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