![]()
1研究背景
随着全球能源结构的转型和对可再生能源需求的不断增长，储能技术尤其是电池技术成为了研究的热点。在众多电池技术中，钠离子电池因其丰富的钠资源、低成本以及与锂离子电池相似的工作原理，被视为大规模储能的理想选择。然而，钠离子电池的商业化进程仍面临诸多挑战，其中最为关键的是找到合适的正极材料。普鲁士蓝类似物因其独特的结构和优异的电化学性能，被认为是钠离子电池正极材料的理想候选者。但是，普鲁士蓝类似物中常见的双八面体配位（DOC）结构限制了钠离子的扩散通道，影响了电池的性能。因此，如何优化普鲁士蓝类似物的配位环境，提高其结构稳定性和钠离子扩散速率，成为了该领域的关键科学问题。
2成果简介
在这项研究中，研究人员通过双聚合和高位熵策略，成功地将混合四面体和八面体配位（TOC）结构与DOC结构整合在一起，优化了普鲁士蓝类似物中中心金属的配位环境。这种新型的TOC/DOC复合结构不仅保持了普鲁士蓝类似物的高理论容量，而且显著提高了结构稳定性和钠离子扩散速率。实验结果表明，基于这种新型结构的普鲁士蓝类似物正极材料，在0.5 A g-1的电流密度下循环1000次后，容量保持率高达81.6%，并且在0.5 A g-1和1 A g-1的电流密度下分别展现出了96.7 mAh g-1和89.1 mAh g-1的高倍率性能。这一发现不仅为普鲁士蓝正极材料的设计提供了新的思路，也为高性能、长寿命钠离子电池系统的开发铺平了道路。3图文导读
![]()
图1 展示了Zn六氰合铁(II)（TOC结构）和Cu六氰合铁(II)（DOC结构）的晶体结构。其中，TOC结构的ZnN4和FeC6多面体通过氰化物配体连接，形成了具有较大内部腔室和腔室窗口的不寻常配位结构。![]()
图2 通过双聚合和高位熵策略合成的HE-Zn/PPy样品的Rietveld精修、Zn K边XAS数据、EXAFS函数和相应的傅里叶变换、TEM图像、HRTEM图像以及EDS元素图谱。![]()
图3 比较了HE-Zn/PPy正极材料与其他几种正极材料（如HE-Cu/PPy和HE-Sn/PPy）的循环稳定性和倍率性能。HE-Zn/PPy正极材料在0.5 A g-1的电流密度下循环1000次后，容量保持率高达81.6%，并且在1 A g-1的电流密度下仍能保持89.1 mAh g-1的容量。![]()
图4 通过原位XRD测试和DFT计算，研究了TOC/DOC复合结构对普鲁士蓝类似物循环性能和钠离子扩散动力学的影响。原位XRD测试显示，HE-Zn/PPy正极材料在循环过程中没有发生相变，而HE-Cu/PPy和HE-Sn/PPy正极材料则出现了相变，导致结构稳定性下降。 4小结
本研究通过创新的双聚合和高位熵策略，成功实现了普鲁士蓝类似物中TOC和DOC结构的均匀整合，显著提高了正极材料的结构稳定性和钠离子扩散速率。这一成果不仅为解决普鲁士蓝类似物在钠离子电池应用中的结构稳定性和离子扩散问题提供了新的解决方案，也为开发新型高性能电池材料提供了重要的理论基础和实验依据。此外，该研究的方法和策略有望扩展到其他功能材料的开发中，为实现高性能、长寿命储能系统提供了新的思路。文献：
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103890
推荐阅读
Nature Science 顶刊科研配图赏析
说明:
🔹本文内容若存在版权问题，请联系我们及时处理。
🔹欢迎广大读者对本文进行转发宣传。
🔹《材料研究前沿》会不断提升自身水平，为读者分享更加优质的材料研究成果，欢迎关注我们。
欢迎广大科研工作者投稿最新研究成果。
