Stress Distortion Restraint to Boost the Sodium Ion Storage Performance of a Novel Binary Hexacyanoferrate

材料科学 阴极 溶解 氧化还原 储能 相(物质) 离子 化学工程 热力学 冶金 化学 物理化学 物理 工程类 功率(物理) 有机化学
作者
Weijie Li,Chao Han,Wanlin Wang,Qingbing Xia,Shulei Chou,Qinfen Gu,Bernt Johannessen,Huan Liu,Shi Xue Dou
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (4) 被引量:119
标识
DOI:10.1002/aenm.201903006
摘要

Abstract Mn‐based hexacyanoferrate Na x MnFe(CN) 6 (NMHFC) has been attracting more attention as a promising cathode material for sodium ion storage owing to its low cost, environmental friendliness, and its high voltage plateau of 3.6 V, which comes from the Mn 2+ /Mn 3+ redox couple. In particular, the Na‐rich NMHFC ( x > 1.40) with trigonal phase is considered an attractive candidate due to its large capacity of ≈130 mAh g −1 , delivering high energy density. Its unstable cycle life, however, is holding back its practical application due to the dissolution of Mn 2+ and the trigonal‐cubic phase transition during the charge–discharge process. Here, a novel hexacyanoferrate (Na 1.60 Mn 0.833 Fe 0.167 [Fe(CN) 6 ], NMFHFC‐1) with Na‐rich cubic structure and dual‐metal active redox couples is developed for the first time. Through multiple structural modulation, the stress distortion is minimized by restraining Mn 2+ dissolution and the trigonal‐cubic phase transition, which are common issues in manganese‐based hexacyanoferrate. Moreover, NMFHFC‐1 simultaneously retains an abundance of Na ions in the framework. As a result, Na 1.60 Mn 0.833 Fe 0.167 [Fe(CN) 6 ] electrode delivers high energy density (436 Wh kg −1 ) and excellent cycle life (80.2% capacity retention over 300 cycles), paving the way for the development of novel commercial cathode materials for sodium ion storage.
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