综述：普鲁士白类似物作为钠离子电池正极活性材料的最新进展

本综述系统探讨了普鲁士白（PW）作为钠离子电池（SIBs）正极材料的合成策略、工程化挑战及性能优化方向，重点分析了共沉淀法工艺参数（如搅拌器类型、流场特性）对材料结构完整性、钠含量及结晶度的影响，并强调真空干燥等下游处理对抑制Fe(CN)6空位和晶体水流失的关键作用，为大规模储能应用提供了化工视角的规模化路径。

　　

普鲁士白类似物在钠离子电池中的工程化进展与挑战

引言

钠离子电池（SIBs）因钠资源丰富、成本低廉及与锂相似的电化学特性，成为大规模静态储能的可持续替代方案。其热稳定性优异（工作温区-30?°C至50?°C），且可完全放电避免铜溶解问题，提升了安全性与环境兼容性。然而，钠离子较大的半径（1.02??）和较低氧化还原电位导致离子扩散动力学受限，亟需开发高性能正极材料。

正极材料

普鲁士白（Prussian White, PW）及其类似物（PBAs）因其开放框架结构、快速Na⁺扩散通道及廉价金属前驱体而备受关注。其理论容量可达~170?mAh?g^?1，但实际性能受Fe(CN)₆空位、Fe²⁺氧化及结晶水控制问题制约。

合成方法

共沉淀法是制备PW的主流技术，可通过调控流体动力学参数（如搅拌器类型、流场模式、气体诱导扰动）优化晶体形貌与均一性。工艺中需严格控制pH、浓度及温度，以减少结构缺陷并提升钠含量。下游单元操作（如真空过滤与干燥）对颗粒结晶度、纯度及水分残留具有显著影响，其中真空干燥能有效抑制Fe²⁺氧化并保持立方晶型完整性。

表征技术

X射线衍射（XRD）用于分析晶体结构，扫描电子显微镜（SEM）观测颗粒形貌，X射线光电子能谱（XPS）验证元素价态，粒径分析（PSA）和振实密度测试则评估材料堆积性能与电极加工适应性。

工程化视角

PW的规模化生产需解决反应器传质、热管理及固液分离效率问题。气体分散与混合动力学影响成核过程，而热加工条件（如低温真空干燥）直接关联最终产品的电化学一致性。工程放大中需平衡结晶动力学与缺陷生成风险。

挑战与优化策略

PW的低钠含量和结构水管理是核心挑战。过渡金属掺杂（如锰、镍）可稳定电压平台并提升能量密度。共沉淀过程中引入络合剂或优化沉淀剂添加策略可减少[Fe(CN)₆]^4?空位，而控湿干燥技术能精准调节晶格水含量，改善循环寿命。

未来方向

研究需聚焦钠补偿策略、缺陷钝化技术及多尺度模拟辅助工艺设计。废弃电池中钠回收与材料再生技术也将推动SIBs的可持续商业化。同时，开发新型电解质体系（如阻燃性磷酸酯基电解液）有望进一步提升电池安全性。

结论

普鲁士白类似物凭借其结构优势与合成经济性，成为钠离子电池走向大规模应用的关键正极材料。通过跨学科融合材料科学与化学工程原理，系统优化合成工艺与下游处理流程，将有望突破其性能瓶颈，推动钠离子电池在储能领域的实际部署。