普鲁士蓝类似物（PBAs）因其结构中不可避免的间隙水通常被认为对电池性能影响较小，成为水系电池的理想电极候选材料。目前，研究多聚焦于通过改变过渡金属组成优化PBA性能，却忽视了间隙水的作用，尤其是在具有大空腔的碱金属离子缺陷型PBAs中。
在此，中国科学院物理研究所胡勇胜、肖睿娟、陆雅翔等人选用富水材料K0.09Mn[Cr(CN)6]0.74⋅4.75H2O作为负极，探究间隙水的影响。研究发现，在脱钾过程中，电极会发生脱水，导致动力学性能下降、结构扭曲及充电电位升高。
为此，作者提出了一种阳离子自屏蔽策略，通过在电解液中添加二羟基丙酮（DHA）来维持富水状态。基于此策略构建的1.82 V全普鲁士蓝水系钾离子电池，在1.5 V以上电压区间实现了76 Wh kg−1的高实际比能量（基于两电极活性材料总质量）。
图1. MnHCC 电极的结构演变
总之，该工作提出了一种阳离子自屏蔽策略，利用DHA与K+的强配位作用形成K+-DHA复合物，有效阻隔间隙水进入K+溶剂化壳层，从而维持电极的富水环境和结构稳定性。
结合多种表征手段和理论模拟，作者定量解析了间隙水的迁移与脱嵌机制，并验证了DHA添加剂对电极动力学和结构演变的调控作用。基于该策略组装的MnHCC|2IKOTF-IDHA|KFeMnHCF-28全电池，在1.5 V以上电压区间实现了82 Wh kg−1的比能量，且循环500次后容量保持率达77%。
此外，改性电解液还赋予电池优异的低温性能（-20 °C下稳定运行）。因此，该项工作不仅重新定义了间隙水在PBA负极中的关键作用，还为开发高电压水系钾离子电池提供了可行的设计策略，推动了含水电极材料在储能领域的应用。
图2. 不同温度下软包电池的电解质特性和电化学性能
Cation-self-shielding strategy promises high-voltage all-Prussian-blue-based aqueous K-ion batteries, Nature Communications 2025 DOI: 10.1038/s41467-025-59980-z
胡勇胜 中国科学院物理研究所研究员，博士生导师 主要研究方向:新能源材料与器件及其相关基础科学问题，在Science、Nature Energy、Nature Mater.、Joule、Nature Commun.、Science Adv.、ACS Energy Letters、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、Energy Storage Materials、J. Mater. Chem. A、 Energy & Environ. Sci.、Angew. Chem. Int. Ed.、JACS、Nano Letters等国际重要学术期刊上共合作发表论文200余篇，引用28000余次，H-因子86，连续7年入选科睿唯安 “高被引科学家”名录。目前担任ACS Energy Letters杂志资深编辑及多个专业杂志的审稿人。
肖睿娟 中国科学院物理研究所, 清洁能源实验室, 副研究员， 一直从事材料的计算模拟研究，包括超导材料的电子能量损失谱及计算解析、磁晶各向异性材料的结构设计、锂电池材料输运性质的模拟与新型能源材料的开发，在计算材料学方面开展了长期而系统的研究。迄今为止已在国内外重要学术期刊上发表SCI 论文50余篇，包括Physical Review Letters 2 篇、Nature Communications 2 篇。
陆雅翔 中国科学院物理研究所，研究员 曾入选中国科学院青年创新促进会会员(2020)，主持国家自然科学基金优秀青年基金项目(2021)， 担任科技部国家重点研发计划（青年项目）首席科学家(2022)，荣获中国科学院物理研究所科技新人奖(2022)，Energy Storage Materials Young Scientist Award (2023)，第十八届中国青年科技奖(2024)。