麦立强AEM：液相诱导的固溶相机制用于高稳定和超快的能量存储

Nanoyu

2021-11-03

相变会导致晶格参数发生较大变化，从而对电极材料的电化学储能产生负面影响。相反，固溶体储能机制可以保证结构的较小收缩/膨胀，从而使电极材料具有更出色的循环性和快速反应动力学。

近日，武汉理工大学麦立强教授，安琴友报道了系统地研究了K_2.55Zn_3.08[Fe(CN)₆]₂·0.28H₂O（KZnHCF）电极材料在不同电解液中的电化学储能机理。

文章要点

1）原位XRD分析表明，在K⁺浓度较低的电解液中存在混合储能机制（固溶体和两相储能机制），而在5.0 m KCF₃SO₃电解液和3.0mKCF₃SO₃+2.0 m Zn(CF₃SO₃)₂混合电解液（水溶液中同时含有KCF₃SO₃和Zn(CF₃SO₃)₂盐）只存在固溶体储能机制。

2）研究人员通过原位衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)研究了KZnHCF在离子插入/提取过程中的化学结构不稳定性，这可能是由两相转变引起的。此外，KZnHCF电极材料的循环稳定性得到了很大的提高，这是因为混合电解质对结构退化的抑制作用更强。

3）实验结果显示，KZnHCF正极在20 A g⁻¹（所有电流密度均根据正极活性物质的质量设定）下具有较高的倍率容量，容量保持率为66.6%，长循环10000次，容量保持率为93.7%。所构建的KZnHCF//Zn全电池具有1.82 V的高放电平台，2000倍的长循环性能，容量保持率为89.0%，高倍率容量为10 A g⁻¹，容量保持率为85.5%。此外，软包电池可以提供超过3.60 mAh的高容量，相当于0.207 mAh cm⁻²的面容量。

这种液相控制方法为提高具有两相转变离子存储机制的材料的电化学性质提供了一条很有前途的途径。

参考文献

Meng Huang, et al, Liquid Phase-Induced Solid Solution Phase Mechanisms for Highly Stable and Ultrafast Energy Storage, Adv. Energy Mater. 2021

DOI: 10.1002/aenm.202102342

https://doi.org/10.1002/aenm.202102342