Electronic Structure and Safety Insights into Prussian Blue Analog Cathode Behavior at Elevated Temperatures in Sodium-Ion Batteries

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作者
Vadim Shipitsyn,Wenhua Zuo,Thanh‐Nhan Tran,Tianyi Li,Sungsik Lee,Chanmonirath Chak,Mỹ Loan Phụng Lê,Lin Ma
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:39 (39): 19054-19059 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.5c03083
摘要

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide Prussian blue analogs (PBAs) represent promising cathode materials for sodium-ion batteries (SIBs) due to their high theoretical capacity, open framework structure, and use of earth-abundant elements. However, the high-temperature structural evolution, water content effects, and thermal safety of PBAs, particularly in charged states, remain poorly understood, hindering their practical deployment. Here, we investigate Na 2 Fe[Fe(CN) 6 ]·2H 2 O using thermogravimetric analysis (TGA), ex situ and in situ temperature-dependent X-ray absorption spectroscopy (XAS), and accelerated rate calorimetry (ARC). TGA and ex situ XAS confirm water loss between 150 and 200 °C, resulting in Fe 2+ oxidation, enhanced local symmetry, and uniform redox behavior that improves electrochemical performance. In situ XAS reveals irreversible structural changes above 240 °C, including ligand loss, Fe site distortion, and increased disorder, while ARC on charged electrodes shows minimal self-heating rates (<0.1 °C/min) up to 300 °C, indicating exceptional thermal stability without lattice oxygen release. These insights elucidate PBA thermal dynamics, demonstrating improved electrochemical performance of water-deficient PBAs and informing future material design and safety assessment for SIB applications.
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