Zn2+ Induced Phase Transformation of K2MnFe(CN)6 Boosts Highly Stable Zinc‐Ion Storage

材料科学 阴极 八面体 价(化学) 相(物质) 结构稳定性 歧化 离子 结晶学 无机化学 晶体结构 物理化学 化学 冶金 工程类 有机化学 结构工程 生物化学 催化作用
作者
Wenjun Deng,Zhengang Li,Yaokun Ye,Zhuqing Zhou,Yibo Li,Man Zhang,Xinran Yuan,Jun Hu,Wenguang Zhao,Zhongyuan Huang,Chang Li,Haibiao Chen,Jiaxin Zheng,Rui Li
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:11 (31) 被引量:194
标识
DOI:10.1002/aenm.202003639
摘要

Abstract Prussian blue analogues (PBAs), featuring an open framework for accommodating large ions and tunable valence states, have garnered wide interest in the context of aqueous zinc‐ion batteries (ZIBs). However, PBAs in ZIBs currently still suffer from low capacity and poor cycling stability due to structural instability. Here a K 2 MnFe(CN) 6 cathode achieving a very stable capacity of 100 mAh g −1 is reported in a ZIB charged/discharged to 400 cycles. Interestingly, such a stable capacity is attributed to the fact that the K 2 MnFe(CN) 6 cathode is gradually transformed to rhombohedral K 2 Zn 3 [Fe(CN) 6 ] 2 , a process that is induced by Zn 2+ insertion. The mechanism of the phase transformation is further investigated through ab initio calculations and detailed characterizations. The inserted Zn 2+ is found to induce an intense Jahn‐Teller effect of the trivalent manganese, resulting in a strong lattice distortion. Coupled with the disproportionation reaction of manganese, the MnN 6 octahedra are replaced by ZnN 4 tetrahedra and produce the new K 2 Zn 3 [Fe(CN) 6 ] 2 phase eventually. The robust structure of the resulting K 2 Zn 3 [Fe(CN) 6 ] 2 phase contains wider channels for accommodating divalent ions and thus enables highly stable and reversible storage of Zn 2+ ions. The findings of this work lead to a new understanding on the evolution of PBAs in ZIBs, and provide a promising cathode material.
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