原文链接：https://doi.org/10.1016/j.gce.2025.08.002

原文PDF：1-s2.0-S2666952825000767-main.pdf

【文章导读】

在全球对低成本、高安全大规模储能技术的需求日益迫切的背景下，水系镍锌电池（NZB）凭借锌负极的高理论容量、高安全性等优势，成为极具潜力的储能技术之一。然而，镍基正极材料长期面临“循环性能瓶颈”—充放电过程中质子（H⁺）反复嵌入/脱嵌会引发晶格参数周期性变化，累积应力导致颗粒碎裂，同时γ-NiOOH向β-NiOOH的不可逆相变会大幅降低能量密度，这些问题的根源在于传统固体电极的离子扩散动力学受限。

近期，扬州大学化学与材料学院的庞欢教授团队在Green Chemical Engineering （GreenChE）上发表了题为“Controllable etching construction of nickel-based Prussian blue analog nanocages for stabilized energy storage in aqueous nickel-zinc batteries”的研究性文章，创新采用氨络合刻蚀技术，制备出八面体空腔结构的镍钴普鲁士蓝类似物纳米笼（NC-NiCo-PBA），破解正极性能瓶颈，为水系电池材料设计提供新方向。

【内容概述】

本研究创新采用氨络合刻蚀技术，以镍钴普鲁士蓝类似物（NiCo-PBA）为前驱体，成功制备出具有八面体空腔结构的NC-NiCo-PBA。这种“纳米笼”不仅保留了完整的PBA骨架，还使比表面积提升至151.38 m²/g；更关键的是，八面体空腔大幅缩短离子传输距离，缓解体积应变，从根本上改善了电极的电化学动力学性能。

图1.（a）NC-NiCo-PBA的SEM图像；（b、c）NC-NiCo-PBA的TEM图像；（d）NC-NiCo-PBA的HAADF-STEM图像及元素mappings；（e）NiCo-PBA的EDS线扫描分析；（f）NC-NiCo-PBA的EDS线扫描分析；（g）NiCo-PBA与NC-NiCo-PBA的孔径分布。

性能测试显示，基于NC-NiCo-PBA的水系镍锌电池（NC-NiCo-PBA//Zn）表现亮眼：最高能量密度达0.33 mWh/cm²，峰值功率密度达 25.86 mW/cm²，显著优于传统固体结构电极。这项研究通过“拓扑调控-动力学优化”策略，揭示了中空纳米结构对提升水系电池储能性能的关键作用，为设计高性能正极材料提供了新路径。

图2.（a）NiCo-PBA与NC-NiCo-PBA的循环伏安（CV）曲线；（b）恒电流充放电（GCD）曲线；（c）奈奎斯特图；（d）NC-NiCo-PBA的三电极体系长循环图。

图3.（a）Zn电极与NC-NiCo-PBA电极的CV曲线对比；（b）NC-NiCo-PBA//Zn电池的CV曲线；（c）NC-NiCo-PBA//Zn电池的GCD曲线；（d）NC-NiCo-PBA电极的倍率性能图；（e）NC-NiCo-PBA//Zn电池的循环性能图。

【总结与展望】

本研究通过“氨络合刻蚀”的方法，成功构建NC-NiCo-PBA纳米笼，其八面体空腔结构可缩短离子传输距离、缓解体积应变，从根本改善镍基正极动力学性能，解决了NZB循环稳定性差的核心问题，同时揭示了PBA“结构-性能”关联，为水系电池正极材料设计提供新范式；NC-NiCo-PBA//Zn电池的优异性能，推动了低成本、高安全水系镍锌电池向大规模储能应用迈进，也为普鲁士蓝类似物材料在储能领域的拓展奠定了基础。

【通讯作者简介】

庞欢，南京大学理学博士，扬州大学教授，博士生导师。教育部青年长江学者（2018）；教育部新世纪优秀人才（2013）；江苏省杰出青年（2020）；全球高被引学者（2020、2021）；英国皇家化学学会会士（2022）。作为学校代表联合Elsevier创刊EnergyChem、担任管理编辑；任《国家科学评论》学科编辑组成员；多个期刊编委、青年编委学术兼职。主要从事基于纳米配合物框架材料的能源化学研究。近年来以第一/通讯作者在《国家科学评论》、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed. 等期刊发表SCI论文300多篇，论文被引次数达18000余次，H因子为84。主编/著英文书籍3本，主编江苏省重点教材2部：《能源化学》、《能源化学实验》高教社。授权国家发明专利20项。主持或完成国家自然科学基金3项（联合重点1项）。曾获教育部自然科学一等奖（2020，R3）、二等奖（2022，R1）、江苏省教育教学与研究成果奖二等奖（2018，R1）、河南省科学技术进步二等奖（2016，R3）、中国电子学会科学技术一等奖（2019，R4）、大学生挑战杯全国一等奖（2017）、三等奖（2019）指导教师、扬州大学“金讲台”奖（2018）。

课题组主页：

https://www.x-mol.com/groups/panghuan

撰稿：原文作者

编辑：GreenChE编辑部

【文章信息】

Z. Qiu, S. Zhang, H. Lin, X. Lu, Z. Meng, S. Wang, S. Cao, Q. Li, T. Wang, Y. Xu, M. Shakouri, Y. Pi, H. Pang, Controllable etching construction of nickel-based Prussian blue analog nanocages for stabilized energy storage in aqueous nickel-zinc batteries, Green Chem. Eng., https://doi.org/10.1016/j.gce.2025.08.002 (2025).

【期刊简介】

Green Chemical Engineering（GreenChE）于2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊”，2020年9月正式创刊，最新影响因子7.6，位列Q1区，最新CiteScore为15.5，目前已被ESCI、EI、DOAJ、Scopus和CSCD等多个权威数据库收录。GreenChE以绿色化工为学科基础，聚焦"绿色"，立足"工程" ，注重绿色化学、绿色化工及其交叉领域的前沿问题，紧紧围绕低碳化、清洁化和节能化的发展要求。目前是对读者和作者双向免费的开源期刊。

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