Enhancing the Reversibility and Kinetics of Heterovalent Ion‐Substituted Mn‐Based Prussian Blue Analogue Cathodes via Intervalence Charge Transfer

普鲁士蓝 动力学 阴极 离子 电荷(物理) 材料科学 化学 电极 电化学 物理化学 物理 有机化学 量子力学
作者
Lingtong Kong,Zhongxin Jing,Muhammad Mamoor,Yifan Jiang,Yanjun Zhai,Guangmeng Qu,Lu Wang,Bin Wang,Liqiang Xu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
被引量:1
标识
DOI:10.1002/anie.202500254
摘要

Mn3+ (d4) in manganese‐based Prussian blue analogues (MnPBA) exhibits intrinsic orbital degeneracy upon sodiation/desodiation, resulting in severe Jahn‐Teller distortion, which causes rapid capacity decay and sluggish kinetics. Unfortunately, traditional modification strategies are deficient for electronic tuning of Mn3+ to address these issues. Herein, Intervalence Charge Transfer (IVCT) of manganese and iron to vanadium ions is unraveled in a series of novel V3+‐substituted MnPBA to enhance electrochemical reaction reversibility and kinetics. Precisely, IVCT drives electron distribution from localized to delocalized, achieves electronic coupling and mitigates Jahn‐Teller by transferring a single‐electron of Mn3+ eg orbital. Notably, the reported Na1.2V0.63Mn0.58Fe(CN)6 cathode demonstrates incredible rate capability (136.9 mAh g‐1 at 20 mA g‐1 and 94.9 mAh g‐1 at 20 A g‐1), remarkable long‐cycle stability (91.6% capacity retention after 300 cycles at 20 mA g‐1 and 90.7% after 2000 cycles at 2 A g‐1), and robust performance across a wide temperature range (98.59% capacity after 300 cycles at ‐30°C and 50 mA g‐1), surpassing the majority of reported sodium‐ion cathodes. The intrinsic functioning mechanisms of IVCT and quasi‐zero‐strain reaction mechanisms were adequately understood through systematic in‐situ/ex‐situ characterizations. This study further develops electron‐tuning of PBA, opening a new avenue toward advanced sodium‐ion battery cathode materials.
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