Dual-salt assisted synergistic synthesis of Prussian white cathode towards high-capacity and long cycle potassium ion battery

普鲁士蓝 阴极 法拉第效率 化学工程 材料科学 化学 无机化学 电极 电化学 有机化学 工程类 物理化学
作者
Rui Ma,Zixing Wang,Qingfeng Fu,Zhou Wang,Ying Mo,Jian Tu,Zhiyong Wang,Peng Gao,Changling Fan,Jilei Liu
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:83: 16-23 被引量:28
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2023.04.007
摘要

Prussian blue analogues (PBAs) are considered as superior cathode materials for potassium-ion batteries (PIBs) because of their three-dimensional open framework structure, high stability, and low cost. However, the intrinsic lattice defects and low potassium content typically results in poor rate and cycling performance, thus limited their practical applications. In this work, high-quality K1.64FeFe(CN)6 (PW-HQ) material with less crystalline water (6.21%) and high potassium content (1.64 mol−1) was successfully synthesized by a novel coprecipitation method with potassium citrate (K-CA) and potassium chloride (KCl) addition. Specifically, the electrode delivers a reversible capacity of 113.1 mA h g−1 at the current rate of 50 mA g−1 with ∼100% coulombic efficiency. Besides, the electrode retained 90% reversible capacity at 500 mA g−1 current density after 1000 cycles, indicating only 0.01% capacity decay per cycle. Moreover, we have revealed that the introduction of K-CA controlled the chelating rate of Fe(II) and the addition of KCl increased the K+ content, hence improving the capacity and stability of the as-prepared electrodes. Structural evolution and potassium storage mechanism were further investigated by detailed ex-situ X-ray diffraction and in-situ Raman measurements, which demonstrated reversible potassiation/depotassiation behavior and negligible volume change during the electrochemical process. In general, this work provides an efficient strategy to eliminate water contents in Prussian blue cathode and improve its electrochemical performance, which plays a key role in promoting the industrialization of potassium ion batteries.
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