Enhancing Proton Co-Intercalation in Iron Ion Batteries Cathodes for Increased Capacity

插层(化学) 材料科学 阴极 质子 离子 化学工程 纳米技术 无机化学 化学 有机化学 物理化学 物理 量子力学 工程类
作者
Ze He,Wang Gao,Ruohan Yu,Yalong Jiang,Meng Huang,Fangyu Xiong,Shuangshuang Tan,Michael F. L. De Volder,Qinyou An,Liqiang Mai
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (26): 17304-17313 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c05561
摘要

Recently, aqueous iron ion batteries (AIIBs) using iron metal anodes have gained traction in the battery community as low-cost and sustainable solutions for green energy storage. However, the development of AIIBs is significantly hindered by the limited capacity of existing cathode materials and the poor intercalation kinetic of Fe2+. Herein, we propose a H+ and Fe2+ co-intercalation electrochemistry in AIIBs to boost the capacity and rate capability of cathode materials such as iron hexacyanoferrate (FeHCF) and Na4Fe3(PO4)2(P2O7) (NFPP). This is achieved through an electrochemical activation step during which a FeOOH nanowire layer is formed in situ on the cathode. This layer facilitates H+ co-intercalation in AIIBs, resulting in a high specific capacity of 151 mAh g–1 and 93% capacity retention over 500 cycles for activated FeHCF cathodes. We found that this activation process can also be applied to other cathode chemistries, such as NFPP, where we found that the cathode capacity is doubled as a result of this process. Overall, the proposed H+/Fe2+ co-insertion electrochemistry expands the range of applications for AIBBs, in particular as a sustainable solution for storing renewable energy.
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