对称普鲁士蓝全电池在两侧电极使用同一氧化还原活性材料族，但在充电过程中，两个电极分别进入不同的氧化态。负极被还原为埃弗里特盐（普鲁士白），而正极则被氧化为柏林绿。这使电池在实际应用中形成约0.68 V的稳定电压平台；当正极进一步氧化为普鲁士黄时，可能出现接近0.905 V的更高平台，但该状态在水系中并不稳定。
可靠的工作平台约为 0.68 V，此时负极为普鲁士白，正极为柏林绿。与普鲁士黄相关的约 0.905 V 平台通常具有瞬态特征，因为普鲁士黄在水环境中会迅速降解。
对称全电池配置的工作原理
两侧电极使用同一材料族
对称全电池在正极和负极上均使用普鲁士蓝族化合物。尽管两侧电极的化学体系相关，但在电池运行过程中，两个电极发生方向相反的氧化还原反应。
这种配置通过两个电极电化学势之间的差异产生电压，而不是依赖完全不同的电极材料族。
充电使电极状态发生分化
充电过程中，负极被还原并趋向于普鲁士白，也称为埃弗里特盐。与此同时，正极被氧化并趋向于柏林绿。
负极与正极电势之间形成的差异产生了电池的工作电压。
放电使氧化还原过程反向进行
放电过程中，储存的化学梯度和电化学梯度向其初始状态回落。被还原的负极发生氧化，而被氧化的正极发生还原。
因此，电池电压取决于两个电极各自存在的普鲁士蓝族氧化态。
观察到的电压平台
稳定平台：约 0.68 V
当负极处于普鲁士白状态、正极处于柏林绿状态时，全电池表现出约0.68 V的稳定开路电压平台。
对于实际水系电池设计而言，这是最重要的平台，因为在参考条件下，它对应于化学性质可持续的电极状态。
更高平台：约 0.905 V
正极进一步氧化并趋向于普鲁士黄时，电池电压最初可能升高至约0.905 V。
这一较高数值不应自动视为可用的标称电压。它代表一种更高电势状态，但该状态在水环境中不够稳定。
更高平台为何无法持续
普鲁士黄在水中化学性质不稳定，会迅速降解并回到较低电势状态。因此，约0.905 V的平台可能会衰减，使电池最终处于较低但更稳定的电压区域。
这一差异十分重要：电化学测试可能显示出较高的初始平台，但电池持久的工作窗口仍由约0.68 V的平台决定。
这些平台对电池设计的重要性
电压决定实际工作窗口
观察到的平台标示出电池能够以相对稳定的电极化学状态运行的电势范围。围绕稳定的0.68 V区域进行设计，通常比依赖短暂存在的 0.905 V 状态更为合理。
如果仅根据初始高电势响应设定标称电压，可能会高估电池的持续性能。
电极状态控制至关重要
全电池电压取决于对每个电极氧化态的控制。负极必须保持与还原态普鲁士白相关的状态，而正极应在稳定的柏林绿区域运行，避免持续进入不稳定的普鲁士黄状态。
因此，充电上限和电化学测试条件是电池优化的重要组成部分。
隔膜选择必须匹配化学体系
膜隔膜会影响离子传输、电极隔离以及全电池的实际稳定性。由于两个电极使用相关的氧化还原化学体系但处于不同状态，隔膜选择应支持目标电压窗口，并防止不必要的交叉扩散或副反应。
因此，在比较膜材料和组装电池时，电压平台可作为有用的参考。
了解其中的权衡
更高电压与化学稳定性之间的权衡
约0.905 V的平台相比稳定的 0.68 V 平台能够提供更高的初始电压。其局限在于依赖普鲁士黄，而普鲁士黄在水环境中不稳定。
这种权衡很直接：更高的初始电压以较差的状态稳定性为代价。
对称性简化材料选择，但不会简化状态管理
在两个电极上使用普鲁士蓝族化合物可以简化活性材料体系，并形成明确的氧化还原系统。然而，两个电极仍然需要处于不同的氧化态，因此在运行过程中不能将它们视为化学性质完全相同。
材料族的对称性并不能消除分别管理两个电极电势的必要性。
开路电压不等同于持久工作电压
充电后立即测得的电压可能反映出一种瞬态高电势状态。电池的长期表现应由不稳定物种发生弛豫或降解后仍能保持的平台来更好地体现。
因此，测试应区分初始电压响应、稳定开路电压和持续工作电压。
根据目标做出正确选择
合适的设计目标取决于优先考虑稳定运行、最大初始电压，还是电池组件优化。
- 如果主要关注水系中的稳定运行：围绕约0.68 V的平台进行设计，此时负极为普鲁士白，正极为柏林绿。
- 如果主要关注最大初始电压：应认识到约0.905 V的普鲁士黄平台具有瞬态特征，在没有稳定性证据的情况下，不应将其视为持久工作电压。
- 如果主要关注电化学表征：分别跟踪两个电极的氧化态，并区分稳定的 0.68 V 响应与短暂的 0.905 V 响应。
- 如果主要关注电池组装：利用预期电压窗口指导膜隔膜选择、充电上限设定，以及离子传输和化学相容性的评估。
可靠的普鲁士蓝对称全电池应通过优化稳定的氧化还原状态组合来构建，而不是仅仅追求首次充电过程中观察到的最高电压。
总结表：
| 配置 | 负极 | 正极 | 稳定电压 | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| 稳定状态 | 普鲁士白（埃弗里特盐） | 柏林绿 | 约 0.68 V | 持久工作窗口；推荐用于实际电池 |
| 较高电势状态 | 普鲁士白（埃弗里特盐） | 普鲁士黄 | 约 0.905 V | 具有瞬态特征；在水环境中会迅速降解 |
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