研究内容

金属六氰基高铁酸盐（HCFs），也称为普鲁士蓝类似物，由于其无毒性和成本效益，是钾离子电池（PIBs）的理想阴极。然而，获得具有长期循环稳定性和高速率性能的金属HCF阴极材料仍然是一个艰巨的挑战。

南京师范大学周小四/阿德莱德大学郭再萍提出了介孔单晶铁六氰基高铁酸盐（MSC-FeHCF）微球，其特征是单晶结构包含跨越整个晶格的相互连接的孔。MSC-FeHCF微球表现出优异的的长期循环性能，在30 mA g −1 下的比放电容量为123.5 mAh g -1 ，在500 mA g -1 下的2000次循环后达到87.1 mAh g -1 ，提供了初始容量的85.8%。MSC-FeHCF微球具有高倍率性能，在3 A g -1 下可提供86.7 mAh g -1 。相关工作以“Mesoporous Single-Crystal FeFe(CN)6 Microspheres for Superior Potassium-Ion Storage”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

研究要点

要点1.作者展示了一种模板辅助调控策略来合成介孔单晶FeHCF（MCS-FeHCFs）微球。

要点2.这种独特的结构不仅使电解质能够完全渗透到单晶中，而且缩短了K + 的扩散距离。此外，中孔对内部水的限制作用减轻了过度的副反应。电池循环过程中的应力可以通过多种途径分散，减轻内部应变。

要点3.MSC-FeHCF微球表现出优异的的长期循环性能，在30 mA g −1 下的比放电容量为123.5 mAh g -1 ，在500 mA g -1 下的2000次循环后达到87.1 mAh g -1 ，提供了初始容量的85.8%。MSC-FeHCF微球具有高倍率性能，在3 A g -1 下可提供86.7 mAh g -1 。

本研究介绍了一种工程金属HCF阴极材料的创新策略，从而为PIBs高效电极材料的开发开辟了一条新途径。

研究图文

图1. a）MSC-FeHCF XRD的Rietveld细化。MSC-FeHCF微球的b、c）SEM和d）TEM。插图：放大倍数更高的透射电子显微镜图像。e）单个MSC-FeHCF微球上不同标记区域的SAED。f）MSC-FeHCF的HRTEM。g）MSC-FeHCF的SAXS。h）MSC-FeHCF的BET分析。插图：孔径分布。

图2. a）MSC-FeHCF的初始三条CV。b）MSC-FeHCF在30 mA g −1 下的2-10次循环恒电流充电/放电曲线。MSC-FeHCF、SC-FeHCF和NC-FeHCF的c）循环性能和d）速率性能。e）MSC-FeHCF在不同电流密度下的典型放电/充电曲线。f）三个样品在30-3000 mA g −1 电流密度范围内的容量保持率。MSC-FeHCF和其他金属HCF之间的速率性能比较。h）MSC-FeHCF、SC-FeHCF和NC-FeHCF的长期循环性能。

图3. a）MSC-FeHCF的典型充电/放电曲线。b）原位XRD的相关二维轮廓图。c）带投影的非原位拉曼3D色图表面。d）MSC-FeHCF在循环过程中的相变示意图。MSC-FeHCF、SC-FeHCF和NC-FeHCF的e）GITT和相关D K+ 值。f）MSC-FeHCF在不同扫描速率下的CV以及g）log（峰值电流）和log（扫描速率）之间的相关线性拟合。h）MSC-FeHCF在1.0 mV s -1 下的伪电容贡献。

图4. a）MSC-FeHCF和b）NC-FeHCF阴极的TOF-SIMS深度分布。c）MSC-FeHCF电极和d）NC-FeHCF电极的CNO-、CP-、OHF-和Fe-碎片的3D渲染图以及Fe-的3D渲染图像俯视图。e）完全钾化的SC-FeHCF（顶部）和MSC-FeHCF（底部）应力的Von Mises应力等值线。f）MSC-FeHCF中应力分散、介孔限制效应、电解质完全润湿和K + 快速传输的示意图。

图5. MSC-FeHCF||石墨全电池的a）工作机制的示意图，b）典型的充电/放电曲线，c）速率性能，d）不同电流密度下的充电/充电曲线，e）长期循环性能。f）三个MSC-FeHCF石墨袋电池组成的电池组的数字图像，用LED灯为风扇供电。

文献详情

Mesoporous Single-Crystal FeFe(CN)6 Microspheres for Superior Potassium-Ion Storage

Yifan Xu, Yichen Du, Shiling Zhang, Zeyu Yuan, Jie Wang, Huining Liu, Liang Sun, Xiaosi Zhou*, Zaiping Guo*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI : https://doi.org/10.1002/anie.202422723

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