综述：铋基材料在水系阴离子存储中的最新进展与挑战

这篇综述系统总结了铋基材料（Bi-based）在水系阴离子电池（ABBs）中的研究进展，重点探讨了羟基（OH?）、卤素（Cl?/F?/Br?/I?）及多价阴离子（S2?/PO43?/CO32?）的存储机制，揭示了铋的低毒性、多电子氧化还原（Bi3+/Bi0）和晶格应变调控等优势，同时指出容量衰减、电解液稳定性等挑战，为开发高能量密度（>200 Wh kg?1）的绿色储能系统提供了设计思路。

　　

铋基材料在水系阴离子存储中的突破与展望

1. 引言

锂离子电池（LIBs）虽主导市场，但面临安全风险和资源稀缺问题。铋基水系电池（ABBs）凭借其低毒性、成本效益（<$20 kg^?1）和近零体积膨胀（ΔV <3%），成为新兴替代方案。铋的3电子转移反应（Bi³⁺ + 3e^? ? Bi）可实现高达342 mAh g^?1的理论容量，但实际应用中存在质量负载不足（<5 mg cm^?2）和电解液分解等瓶颈。

2. 超级电容器中的铋基材料

早期研究聚焦Bi₂O₃的羟基吸附机制（Bi + OH^? ? BiOH + e^?）。通过硫化调控晶格应变（如Bi₂S₃的晶面间距扩大9.7%），电容提升至307.4 F g^?1。然而，研究缺乏标准化测试协议，需结合机器学习建立结构-性能关联模型。

3. 水系碱性电池（AABs）

三维多孔铋/碳复合物（P-Bi-C）将质量负载提升至12.9 mg cm^?2，面积容量达2.11 mAh cm^?2。电解液解耦设计（碱性阳极/酸性阴极）使电压窗口扩展至1.62 V，能量密度达213 Wh kg^?1。

4. 卤素离子存储创新

• 氯化物：单晶Bi纳米球通过定向转化为BiOCl纳米片（Bi + Cl^? + H₂O ? BiOCl + 2H⁺ + 3e^?），循环1400次容量保持80%。

• 氟化物：乙酸根（OAc^?）竞争氢键削弱F^?-H₂O作用，直接实现Bi→Bi₇F₁₁O₅转化，容量达270 mAh g^?1。

• 碘化物：Bi₂O₃在ZnSO₄-KI电解液中通过BiOI中间相实现1960 mAh cm^?3体积容量。

5. 多价阴离子系统

• 硫化物：Bi₂O₃-Bi₂S₃异质结（能隙0.88 eV）在碱性环境中抑制S^2?水解，循环4000次容量保持52.7%。

• 磷酸盐：Bi/BiPO₄在10 M H₃PO₄中库仑效率（CE）达99%，兼具磷回收功能。

• 碳酸盐：Bi₂O₂CO₃（BCO）的自充电机制利用空气中CO₂，30次循环累积容量5.16 Ah g^?1。

6. 未来方向

需重点开发弱溶剂化电解液（如WIS体系），结合原位表征技术解析动态相变。铋基材料的卤素/氧阴离子双功能特性（如海水淡化耦合储能）为水-能源关联技术开辟新路径。