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2024-04-29 10:55:10

激活六氰合铁酸铁的C-配位铁用于锌混合锂离子电池-创纪录的循环性能

普鲁士蓝类似物(PBA)型金属六氰基铁酸盐被认为是锌电池(ZB)的重要正极材料。然而,由于Fe与被包围的氰基团之间的紧密配合的相互作用引起的空间阻力,以及较差的导电性,多价铁Fe(III/II)的氧化还原活性位点只能非常有限地被活化并利用,造成这些PBA型正极,例如六氰基铁酸铁(FeHCF)都具有短暂的寿命和较差的倍率性能。
香港城市大学支春义和中科院过程工程研究所Shimou Chen和Suojiang Zhang团队发现高压扫描可以有效地激活ZB中FeHCF正极中的C配位Fe。随着2.3V电压扫描的进行,Zn-FeHCF混合离子电池的容量逐渐增加,这是由于在≈1.5V高放电电压平台的贡献增加所致,该电压平台对应于与自由基团C原子配位的低自旋Fe(III)的还原。非原位XPS显示在2.3V电压扫描下Fe(III)/Fe(II)比率逐渐降低,证明了低自旋Fe的活化。
作为这种活化的另一个结果,Zn-FeHCF混合锂离子电池实现了在8 A g-1(对应于≈97C)的超高电流密度下保持53.2%低电流密度容量的优异倍率性能,在超长循环分别达到5000和10000之后,实现了创纪录的容量保持率(82%和73%)。优异的倍率性能源于在高电压下活化的氧化还原活性物质(低自旋Fe)的增加;突出的循环性能源于这种激活策略驱动了电化学结构稳定性,使其具有高度可逆的锌和锂离子脱嵌行为。
最后,研究者使用凝胶电解质制造了一种柔性防冻的固态Zn-FeHCF电池,该电池可以在-15°C下工作且保持柔性特性。
Qi Yang, Funian Mo, Zhuoxin Liu, Longtao Ma, Xinliang Li, Daliang Fang, Shimou Chen, Suojiang Zhang, Chunyi Zhi, Activating C‐Coordinated Iron of Iron Hexacyanoferrate for Zn Hybrid‐Ion Batteries with 10 000‐Cycle Lifespan and Superior Rate Capability, Advanced Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adma.201901521
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201901521

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