Realizing the highly reversible Zn2+ and Na+ dual ions storage in high-crystallinity nickel hexacyanoferrate microcubes for aqueous zinc-ion batteries

普鲁士蓝 结晶度 X射线光电子能谱 材料科学 水溶液 离子 无机化学 电解质 电化学 化学工程 化学 电极 物理化学 有机化学 冶金 工程类 复合材料
作者
Kexuan Wang,Zhu Xu,Heng Li,Huibo Wang,Mingzheng Ge,Jilei Liu,Shengwen Li,Zekun Hu,Mengyu Zhu,Yanyan Zhang,Yuxin Tang,Shi Chen
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier BV]
卷期号:164: 102-110 被引量:48
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2023.04.023
摘要

Prussian blue analogues (PBAs) with the 3D open framework are regarded as promising cathode candidates for aqueous Zinc ion batteries (ZIBs). Among various PBAs, nickel hexacyanoferrate (NiHCF) has attracted considerable attention because of its high operating voltage and economic merit. However, the cyclability of NiHCF is unsatisfactory due to poor structural stability during Zn2+ ions insertion/deinsertion. Moreover, the ion storage mechanism of NiHCF in aqueous electrolytes has not been fully revealed yet. Herein, high-crystallinity NiHCF (HC-NiHCF) microcubes with improved structural stability and larger crystal plane spacing are synthesized. For the first time, highly reversible Zn2+ ions and Na+ ions co-insertion/extraction are achieved for the HC-NiHCF microcubes in mixed aqueous electrolyte, as evidenced by various observations including two separated discharge plateaus and sequential changes of Na 1s and Zn 2p signals in ex-situ X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). As a result, a high specific capacity of 73.9 mAh g−1 is obtained for the HC-NiHCF microcubes at 0.1 A g−1, combined with enhanced cycle stability (75% vs. 16.4%) over 1000 cycles at 2 A g−1. The reversible Zn2+ ions and Na+ ions co-insertion in HC-NiHCF microcubes reveals a new ion storage mechanism of Ni-based PBAs in aqueous electrolytes.
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