多金属氧酸盐(POM)基卡特蓄电池材料：支撑材料维度与储能性能的关联性研究

人口持续增长带来的能源需求激增，促进全球科学家致力于通过太阳能、风能、地热能等途径开发各类可再生能源。然而，如何运用环境友好、成本效益高且高效的能量存储与转化体系，对可再生能源产出进行有效办理以供未来运用，这一范畴仍存在诸多应战[1][2][3][4][5]。多年来，各类可充电电池作为惯例储能的有力代替计划不断涌现。科学家们已规划制备出多种用于储能体系高效电极与隔膜的资料，例如LiNi1-y-z锰y钴z镍钴锰(NCM)、石墨烯、二氧化钛2、铁2和硅[6][7][8][9]。在这些材猜中，具有独特氧化复原特性的多金属氧酸盐(POMs)因其特有的氧化复原与结构特性，在根底科学研究和工业应用范畴均引起了广泛关注[8][10][11][12][13][14]。多金属氧酸盐是由高价态过渡金属离子构成的阴离子型金属氧化物分子簇（钨2Mo3, V6+, Nb6+, 或 Ta5+) 并依据其组成可分为两大类，即杂多金属氧酸盐与5+iso5+同多金属氧酸盐[15]。杂多金属氧酸盐由金属中心（通常为Mo、W和V）与杂原子（如[PMo(PMo)或[SiW12(SiW40]3−))，自1826年以来已被广泛研究[16]。同多金属氧酸盐是一类具有高负电荷和对称性的金属含氧酸离子，例如[W12或[V12[17]。多金属氧酸盐(POMs)出现多样化的化学物理特性，并已衍生出多种结构原型，包含Keggin[18]、Anderson[19]、Lindqvist[20]、Dawson[21]、Silverton[22]和Waugh[23]型结构。采用POMs规划高效储能资料的优势已得到充分证明：(1) POM簇中金属价态的可变性可有效调控电极资料的氧化复原特性；(2) POMs可在原子/分子尺度进行准确调控，为构效关系研究供给重要视角；(3) POMs具有出现Brønsted酸性和/或Lewis酸性的多重氧化复原活性位点[24][25][26][27][28]。由于其无可比拟的结构/尺度多样性及特性（如兼具结构稳定性和可逆多电子氧化复原才能），POMs被视为储能体系组件资料的极具前景的候选者[13][29][30][31]。40]4− (SiW12)) and have been extensively studied since 1826 [16]. Iso-polyoxometalates are metal oxyacid ions with high negative charge and symmetry, such as [W6O19]2− or [V10O28]6− [17]. The POMs exhibit diverse chemical and physical properties and have given rise to several structural archetypes, including Keggin [18], Anderson [19], Lindqvist [20], Dawson [21], Silverton [22], and Waugh [23]. The benefits of utilizing POMs for the design of efficient energy storage materials are well-documented: (1) The variability in metal valence within POM clusters can effectively modulate the redox properties of the electrode materials; (2) POMs can be precisely tuned at the atomic/molecular scale, providing valuable perspectives on the relationship between structure and function; (3) POMs exhibit multiple redox active sites that exhibit Brønsted and/or Lewis acidity [24], [25], [26], [27], [28]. Due to the unparalleled structural/size diversity and properties (e.g. reversible multi-electron redox ability with stable structure), POMs are highly promising candidates as component materials in energy storage systems [13], [29], [30], [31].
包含Keggin、Anderson、Dawson、Silverton等多种多金属氧酸盐（POMs）构型iso多金属氧酸盐（图1）可作为电池资料运用[15][30][32-35]。虽然具有高离子电导率和可逆多电子搬运才能等优势，但其普遍存在导电性差、比表面积低及溶解度过高级缺点，导致实际应用面对应战[15]。针对上述限制，研究人员开端探索规划合适的载体资料，以期提高导电性与稳定性[36-39]。研究人员已规划并测试了多种支撑资料，包含有机基团[40]、金属有机框架（MOFs）[41]、多孔有机聚合物（POPs）[42]以及碳纳米资料[43]。值得注意的是，多金属氧酸盐基资料已成功应用于锂离子电池（LIBs）、钠离子电池（SIBs）、锂硫电池（LSBs）、镁硫电池（MSBs）、金属空气电池（MABs）和氧化复原液流电池（RFBs）[18][44][45][46][47][48]。因而，对该范畴最新进展进行讨论具有广泛科学价值，这有助于深入了解各类支撑资料的重要性，并揭示其对多金属氧酸盐基电极全体电化学功能和特性的协同效果机制。根据从前报道的研究成果，可以识别出支撑材猜中对多金属氧酸盐（POM）基电池资料电极功能具有明显影响的详细特征，这些发现为研究者完成理性资料规划供给了要害信息。
本总述将讨论并概述近期关于多金属氧酸盐（POM）基资料在可充电电池范畴的研究进展，包括多种组成办法、结构特征及电化学功能。根据观测到的电化学表现，咱们将讨论不同维度载体对POM基资料的影响，并提出相应的优化规划策略。最终，咱们将批判性地评估POM基资料应用于可充电电池所面对的应战，并展望其未来发展方向。