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Fluffy-Like Cation-Exchanged Prussian Blue Analogues for Sodium-Ion Battery Cathodes
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2022-07-06 , DOI: 10.1021/acsami.2c08739 Yaozong Zhou 1 , Ying Jiang 1 , Yixin Zhang 1 , Yan Chen 1 , Ziheng Wang 1 , Anni Liu 1 , Zekai Lv 1 , Man Xie 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2022-07-06 , DOI: 10.1021/acsami.2c08739 Yaozong Zhou 1 , Ying Jiang 1 , Yixin Zhang 1 , Yan Chen 1 , Ziheng Wang 1 , Anni Liu 1 , Zekai Lv 1 , Man Xie 1
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Prussian blue (PB) and its analogues are considered as promising cathode materials for sodium-ion batteries (SIBs) owing to their low cost and high capacity. However, it is still a huge challenge to avoid obvious capacity decay during cycling due to the structural collapse. Herein, we design a method to replace parts of Fe ion sites in PB with Ni ions to prepare fluffy-like nickel PB (PB-Ni) by cationic solution immersion, which improves cycling stability for sodium storage. The content of Ni in PB-Ni is explored by regulating the soaking time in the Ni-containing solution, which results in different effects on the electrochemical performance as cathodes of SIBs. Especially, PB-Ni-1d (soaking in NiCl2 solution for 1 day) exhibits an initial capacity of 114.2 mA h g–1 at 50 mA g–1 and a stable cycling performance of 800 cycles at 300 mA g–1. Furthermore, the reversible phase transformation and small volume variation for PB-Ni-1d are revealed by in situ X-ray diffraction characterization. The nickel hexacyanoferrate in outer layer maintains the cubic phase to stabilize the crystal structure. The cation-exchange strategy provides a facile idea to fabricate high-quality PB cathodes with superior stability for high-performance SIBs.
中文翻译：
用于钠离子电池阴极的蓬松状阳离子交换普鲁士蓝类似物
普鲁士蓝 (PB) 及其类似物因其低成本和高容量而被认为是有前途的钠离子电池 (SIB) 正极材料。然而，避免在循环过程中由于结构坍塌而导致明显的容量衰减仍然是一个巨大的挑战。在此，我们设计了一种将PB中的部分Fe离子位点替换为Ni离子的方法，通过阳离子溶液浸渍制备蓬松状镍PB（PB-Ni），提高了钠储存的循环稳定性。通过调节在含Ni溶液中的浸泡时间来探索PB-Ni中Ni的含量，这对作为SIBs正极的电化学性能产生不同的影响。尤其是 PB-Ni-1d（在 NiCl 2溶液中浸泡 1 天）在 50 mA g 时的初始容量为 114.2 mA hg –1–1和 300 mA g –1下 800 次循环的稳定循环性能。此外，通过原位 X 射线衍射表征揭示了 PB-Ni-1d 的可逆相变和小体积变化。外层的六氰基铁酸镍保持立方相以稳定晶体结构。阳离子交换策略为制造具有卓越稳定性的高性能 SIB 的高质量 PB 正极提供了一个简单的思路。
更新日期：2022-07-06
中文翻译：
用于钠离子电池阴极的蓬松状阳离子交换普鲁士蓝类似物
普鲁士蓝 (PB) 及其类似物因其低成本和高容量而被认为是有前途的钠离子电池 (SIB) 正极材料。然而，避免在循环过程中由于结构坍塌而导致明显的容量衰减仍然是一个巨大的挑战。在此，我们设计了一种将PB中的部分Fe离子位点替换为Ni离子的方法，通过阳离子溶液浸渍制备蓬松状镍PB（PB-Ni），提高了钠储存的循环稳定性。通过调节在含Ni溶液中的浸泡时间来探索PB-Ni中Ni的含量，这对作为SIBs正极的电化学性能产生不同的影响。尤其是 PB-Ni-1d（在 NiCl 2溶液中浸泡 1 天）在 50 mA g 时的初始容量为 114.2 mA hg –1–1和 300 mA g –1下 800 次循环的稳定循环性能。此外，通过原位 X 射线衍射表征揭示了 PB-Ni-1d 的可逆相变和小体积变化。外层的六氰基铁酸镍保持立方相以稳定晶体结构。阳离子交换策略为制造具有卓越稳定性的高性能 SIB 的高质量 PB 正极提供了一个简单的思路。
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