Capacitive-Controlled Prussian White with Nickel Iron Hexacyanoferrate Composite Cathode for Rapid Sodium Diffusion

普鲁士蓝 阴极 复合数 材料科学 扩散 电化学 冶金 化学 电极 复合材料 物理 热力学 物理化学
作者
Zinan Wang,Moulay Tahar Sougrati,Qiong Zheng,Rile Ge,Junhu Wang
标识
DOI:10.2139/ssrn.4678649
摘要

Prussian blue analogues receive tremendous attention owing to their spacious three-dimensional skeleton, high theoretical specific capacity, facile synthesis procedure and highly cost-effectiveness as among the most promising candidates for cathode materials in sodium-ion batteries (SIBs). Nonetheless, the practical specific capacity, especially under high current is particularly frail due to the sluggish ion diffusion. In this study, the strategy of Ni substitution and formation of water-coordinated Fe is applied to lower crystal field energy and elevate active low-spin (LS) Fe content, which leads to a capacitive sodium storage mechanism, resulting in a substantial specific capacity under high current density. The delivered specific capacity of PW-325@2NiFe-55 is 95 mAh g-1 at 50 C, which is 72.5% capacity retention of the one at 0.2 C. And it maintains 80.2% of its initial specific capacity after 500 cycles at 5 C. Furthermore, a hypothesis of a joint diffusion-controlled and capacitive mechanism for high-spin (HS) Fe, and a mere capacitive mechanism for LS Fe is put forward and verified through potentiastatic tests, operando 57Fe Mössbauer spectroscopy and ex situ XRD, which provides a new horizon to enhance electrochemical performance for SIBs.

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