水系可充电电池（ARBs）为大规模储能提供了低成本、高安全性且反应迅速的替代方案，然而其在进一步的实际应用中受到诸多挑战的限制，例如难以实现优异的能量密度、长循环寿命以及成本效益。
在此，东南大学吴宇平，南京工业大学付丽君、Li Chunyang等人采用一种具有均匀截角立方纳米结构的普鲁士蓝类似物——K₁.₁₄Fe³⁺[Fe²⁺(CN)₆]·nH₂O（K-FeHCF）来储存非金属铵离子。由于其独特且超稳定的纳米结构，K-FeHCF展现出极具吸引力的电化学性能：具有优异的79.8 mAh g⁻¹放电容量、出色的倍率性能，尤其是超长循环寿命（100000次循环）。基于高耐久性的嵌入型K-FeHCF正极以及除铁之外成本最低且具有稳定剥离/电镀性能的金属铝负极，构建了一种先进的水系可充电铝-铵混合电池（AAHB），即Al//K-FeHCF电池。
研究显示，该种Al//K-FeHCF AAHB呈现出1.15 V的平均工作电压、优异的倍率性能，以及基于正极活性物质质量计算可达89.3 Wh kg⁻¹的可观能量密度。此外，K-FeHCF正极在超长的100000次循环后几乎没有衰减，而且组装好的AAHB展现出超过10000次循环的长循环寿命，在此过程中没有容量衰减且库仑效率高达99.9%。
图1. K-FeHCF电极的电化学性能
总之，该工作合成了独特的截角K-FeHCF纳米立方体，并系统地研究了其作为容纳非金属NH₄⁺的宿主材料的电化学性能。其能提供优异的79.8 mAh g⁻¹的容量以及出色的倍率性能。此外，其能维持超过100000次循环且无容量衰减的超长循环寿命，这使得K-FeHCF成为各类嵌入型材料中最稳定的电极材料。
基于高度稳定的K-FeHCF正极以及成本第二低的金属铝负极，提出了一种概念验证型的水系可充电铝-铵混合电池。该电池基于正极活性物质的质量，实现了1.15 V的平均工作电压、优异的倍率性能以及颇具吸引力的89.3 Wh kg⁻¹的能量密度。
重要的是，Al//K-FeHCF AAHB展现出超过10000次循环且无容量衰减的卓越循环稳定性。因此，该工作为设计用于电网规模储能的高性能水系铝基电池提供了新的思路。
图2. Al//K–FeHCF AAHB的电化学性能
A Long-Life Aqueous Rechargeable Aluminum-Ammonium Hybrid Battery, Advanced Energy Materials2024 DOI: 10.1002/aenm.202404254