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Achieving Ultra‐Fast and Stable Sodium‐Ion Batteries Through Deep Activation of Low‐Spin Iron in Prussian Blue

普鲁士蓝 材料科学 离子 自旋(空气动力学) 纳米技术 无机化学 化学工程 冶金 物理化学 电极 有机化学 电化学 化学 工程类 航空航天工程
作者
Dong Yang,Haonan Wang,Yue Zhao,Mengting Guo,Di Xie,Nan‐Kai Wang,Fei Wang,Changping Wang,Tianyi Li,Yan He,Mingyue Ruan,Qiang Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (34) 被引量:24
标识
DOI:10.1002/adfm.202503067
摘要

Abstract Prussian blue analogs (PBAs) are promising cathode materials for sodium‐ion batteries (SIBs) due to their high theoretical capacity, abundant iron resources, and simple synthesis. However, their practical implementation is limited by [Fe(CN)₆] vacancies and crystal water, which compromise structural stability and hinder the redox activity of low‐spin iron (Fe LS ). Herein, a modulation strategy through activating Fe LS site by introducing Cu 2+ and Zn 2+ in iron‐based PBA is adopted. Na₁.₅₅Cu₀.₀₅₃Zn₀.₀₆₀₈Fe₀.₈₉[Fe(CN)₆]₀.₉₄□₀.₀₆·1.80H₂O (CZ‐FeFe), is successfully synthesized using co‐precipitation. The initial capacity of CZ‐FeFe is dramatically enhanced by activating the Fe LS redox activity (from 0.48 to 0.80 e − ), verified by quasi‐in situ magnetic characterization. Theoretical calculations show improved electron transport and ion diffusion in CZ‐FeFe. Simultaneously, the incorporation of Cu 2+ and Zn 2+ is also beneficial for reducing [Fe(CN)₆] vacancies, minimizing crystal water, and slowing the phase transition between monoclinic and cubic structure, leading to superior long‐cycling stability. As a result, CZ‐FeFe exhibits a high specific capacity of 144.7 mAh g −1 at 1 C, exceptional rate performance, and remarkable long‐term stability (77.21% capacity retention after 2500 cycles at 10 C). The full‐cell performance further confirms the activation of Fe LS (from 0.21 to 0.52 e − ), along with improvements in rate performance and cycling stability.
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