Cathode Design Based on Nitrogen Redox and Linear Coordination of Cu Center for All-Solid-State Fluoride-Ion Batteries

化学 氧化还原 氟化物 阴极 离子 固态 无机化学 中心(范畴论) 氮气 物理化学 有机化学 结晶学
作者
Datong Zhang,Kentaro Yamamoto,Zulai Cao,Yanchang Wang,Zhi-Ping Zhong,Hisao Kiuchi,Toshiki Watanabe,Toshiyuki Matsunaga,Koji Nakanishi,Hidenori Miki,Hideki Iba,Yoshihisa Harada,Koji Amezawa,Kazuhiko Maeda,Hiroshi Kageyama,Yoshiharu Uchimoto
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (7): 5649-5657 被引量:14
标识
DOI:10.1021/jacs.4c12391
摘要

All-solid-state fluoride-ion batteries (FIBs) have attracted extensive attention as candidates for next-generation energy storage devices; however, promising cathodes with high energy density are still lacking. In this study, Cu3N is investigated as a cathode material for all-solid-state fluoride-ion batteries, which offers enough anionic vacancies around the 2-fold coordinated Cu center for F- intercalation, thereby enabling a multielectron-transferred fluorination process. The contribution of both cationic and anionic redox to charge compensation, in particular, the generation of molecular nitrogen species in highly charged states, has been proved by several synchrotron-radiation-based spectroscopic technologies. As a result, Cu3N exhibits a high reversible capacity of ∼550 mAh g-1, exceeding many conventional fluoride-ion cathodes. It is believed that the new charge compensation chemistry as well as the unique intercalation behaviors of novel mixed-anion Cu-N/F local structures could bring new insights into energy storage materials.
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