High-Voltage Potassium Hexacyanoferrate Cathode via High-Entropy and Potassium Incorporation for Stable Sodium-Ion Batteries

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作者
Junyi Dai,Sha Tan,Lifeng Wang,Fangxin Ling,Fuqiang Duan,Mingze Ma,Yu Shao,Xianhong Rui,Yu Yao,Enyuan Hu,Xiaojun Wu,Chunyang Li,Yan Yu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (21): 20949-20961 被引量:101
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c02323
摘要

Prussian blue analogues (PBAs) used as sodium ion battery (SIB) cathodes are usually the focus of attention due to their three-dimensional open frame and high theoretical capacity. Nonetheless, the disadvantages of a low working voltage and inferior structural stability of PBAs prevent their further applications. Herein, we propose constructing the Kx(MnFeCoNiCu)[Fe(CN)6] (HE-K-PBA) cathode by high-entropy and potassium incorporation strategy to simultaneously realize high working voltage and cycling stability. The reaction mechanism of metal cations in HE-K-PBA are revealed by synchrotron radiation X-ray absorption spectroscopy (XAS), ex situ X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and in situ Raman spectra. We also investigate the entropy stabilization mechanism via finite element simulation, demonstrating that HE-K-PBA with small von Mises stress and weak structure strain can significantly mitigate the structural distortion. Benefit from the stable structure and everlasting K+ (de)intercalation, the HE-K-PBA delivers high output voltage (3.46 V), good reversible capacity (120.5 mAh g-1 at 0.01 A g-1), and capacity retention of 90.4% after 1700 cycles at 1.0 A g-1. Moreover, the assembled full cell and all-solid-state batteries with a stable median voltage of 3.29 V over 3000 cycles further demonstrate the application prospects of the HE-K-PBA cathode.
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