Entropy and Electronic Structure Modulation of a Prussian Blue Analogue Cathode with Suppressed Phase Evolution for Potassium-Ion Batteries

普鲁士蓝 阴极 离子 材料科学 相(物质) 调制(音乐) 化学物理 化学 电极 无机化学 电化学 物理化学 物理 冶金 有机化学 声学
作者
Shuangyan Qiao,Qianwen Zhou,Huan Liu,Shi Xue Dou,Shaokun Chong
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (47): 15167-15177 被引量:25
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c04807
摘要

Severe structural evolution and high content of [Fe(CN)6]4- defects drastically deteriorate K-ion storage performances of Prussian blue-based cathodes. Herein, a potassium manganese iron copper hexacyanoferrate (KFe2/3Mn1/6Cu1/6HCF), with suppressed anionic vacancies, eliminated band gap, and low K-ion diffusion barrier, is regarded as a cathode for potassium-ion batteries. The entropy stabilization effect and robust Cu-N bond induced by the inert Cu-ion with large electronegativity boost KFe2/3Mn1/6Cu1/6HCF to exhibit great phase state stability, thus inhibiting the structural transition of monoclinic ↔ cubic. Hence, KFe2/3Mn1/6Cu1/6HCF undergoes a zero-stress solid-solution reaction mechanism, where Fe and Mn serve as dual active sites for charge compensation. Consequently, KFe2/3Mn1/6Cu1/6HCF displays a high reversible capacity of 127.5 mAh·g-1 with an energy density of 469.2 Wh·kg-1 at 10 mA·g-1 and superior cyclic stability with a high retention of 90.7% over 100 cycles. A high-energy-density K-ion full battery is assembled, contributing an ultralong lifetime over 1000 cycles with a low-capacity fading rate of 0.038% per cycle.
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