Structural Engineering of Prussian Blue Analogues Enabling All-Climate and Ultralong Cycling Sodium-Ion Batteries

普鲁士蓝 离子 材料科学 阴极 储能 纳米技术 化学工程 相(物质) 热稳定性 电极 化学 工程类 电化学 冶金 有机化学 物理 物理化学 功率(物理) 量子力学
作者
Jian Peng,Weibo Hua,Zhuo Yang,Jiayang Li,Jinsong Wang,Yaru Liang,Lingfei Zhao,Wei‐Hong Lai,Xingqiao Wu,Zhenxiang Cheng,Germanas Peleckis,Sylvio Indris,Jiazhao Wang,Huan Liu,Shi Xue Dou,Shulei Chou,Shi Xue Dou,Shulei Chou
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
被引量:31
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c07021
摘要

The development of cost-efficient, long-lifespan, and all-climate sodium-ion batteries is of great importance for advancing large-scale energy storage but is plagued by the lack of suitable cathode materials. Here, we report low-cost Na-rich Mn-based Prussian blue analogues with superior rate capability and ultralong cycling stability over 10,000 cycles via structural optimization with electrochemically inert Ni atoms. Their thermal stability, all-climate properties, and potential in full cells are investigated in detail. Multiple in situ characterizations reveal that the outstanding performances benefit from their highly reversible three-phase transformations and trimetal (Mn-Ni-Fe) synergistic effects. In addition, a high sodium diffusion coefficient and a low volume distortion of 2.3% are observed through in situ transmission electron microscopy and first-principles calculations. Our results provide insights into the structural engineering of Prussian blue analogues for advanced sodium-ion batteries in large-scale energy storage applications.
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