MnFe Prussian blue analogue-derived P3-K0.5Mn0.67Fe0.33O1.95N0.05 cathode material for high-performance potassium-ion batteries

普鲁士蓝 材料科学 阴极 离子半径 储能 化学工程 离子 动力学 活化能 电极 纳米技术 电化学 物理化学 有机化学 热力学 化学 冶金 功率(物理) 物理 量子力学 工程类
作者
Liping Duan,Haowei Tang,Xifan Xu,Jiaying Liao,Xiaodong Li,Guangmin Zhou,Xiaosi Zhou
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:62: 102950-102950 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.102950
摘要

Potassium-ion batteries (PIBs), with their high theoretical energy density and abundant natural resources, are emerging as one of the most promising candidates for next-generation energy storage systems. Nevertheless, they suffer from large volume expansion and sluggish K+ transport due to the huge ionic radius of K+, resulting in limited cyclic life and rate performance. Therefore, accelerated transport kinetics may be the key to designing electrodes with excellent potassium storage properties. Herein, we develop a new synthetic method to in-situ construct a high-efficiency PIB cathode, N-doped P3-typed K0.5Mn0.67Fe0.33O1.95N0.05 nanosheets (denoted KMFON), using the low cost Prussian blue analogue Mn2[Fe(CN)6] as a precursor. Combining experimental results and theoretical calculations, the as-synthesized KMFON exhibits large interlayer spacing, small K+ migration energy barrier, high electronic conductivity, and fast K+ transport kinetics, which are attributed to the larger-sized N substitution O. It also manifests an initial reversible capacity of 104.2 mAh g−1 at 20 mA g−1, a rate capability of 41.5 mAh g−1 at 500 mA g−1, and a high discharge capacity of 52.2 mAh g−1 after 300 cycles at 100 mA g−1. Moreover, the KMFON//pitch-derived soft carbon full cell exhibits a satisfactory rate performance of 49.4 mAh g−1 at 200 mA g−1 and a good cycling performance of 46.8 mAh g−1 after 200 cycles at 100 mA g−1, indicating the great potential of KMFON as a cathode material for PIBs.
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