Cobalt-Doping Unlocks Copper Self-Healing Chemistry in Copper Hexacyanoferrate for Long-Cycling Aqueous Mg-Ion Storage

化学 阴极 普鲁士蓝 水溶液 阳极 储能 化学工程 电化学 无机化学 兴奋剂 失真(音乐) 电极 纳米技术 碳纳米管 水介质 化学稳定性
作者
Kai Yao,Ying Ling,Jingjing Yang,Zhenghui Pan,Ruiguang Xing,Qichong Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (8): 8686-8699
标识
DOI:10.1021/jacs.5c20391
摘要

Fiber-shaped aqueous Mg-based batteries (FAMBs) represent an emerging platform for wearable electronics, yet their development is hindered by the lack of high-performance cathode materials. Copper hexacyanoferrate (CuHCF), a promising Prussian blue analogue, suffers from low capacity, rapid capacity decay due to limited active sites, Jahn–Teller distortion, and irreversible Cu dissolution. Herein, we demonstrate that cobalt doping enables effective modulation of the CuHCF. It induces a reversible Cu dissolution/self-healing behavior, suppresses Jahn–Teller distortion to maintain structural integrity, and increases the availability of active sites, thereby significantly enhancing the Mg2+ storage performance. The resulting Co-doped CuHCF nanoblocks on carbon nanotube fiber (CoCuHCF@CNTF) deliver a high specific capacity of 153.2 mAh g–1, exceptional cycling stability (90% retention after 30,000 cycles), and remarkable rate capability. The combination of this cathode and NaTi2(PO4)3@CNTF anode yields a flexible FAMB with a high energy density of 89 mWh cm–3, capable of powering a mobile phone. This work establishes a robust design principle for developing high-performance cathode materials through multifunctional cation doping, providing new insights into Mg2+-dominated storage behavior in advanced aqueous multivalent-ion energy-storage systems.
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