近日，我中心通过原位工况穆斯堡尔谱技术揭示普鲁士蓝类正极材料的储钠机制，为钠离子电池的倍率性能提升提供了新思路。

钠离子电池具有资源丰富、价格低廉、安全性高的优点，已成为适用于大规模储能、低速电动车的优选储能技术之一。普鲁士蓝类材料由于具有开放的三维孔道结构被广泛用于正极材料。然而，其结构中难以避免的空位及结合水的存在会影响材料的稳定性。尤其是在大电流密度下，电极材料的结构尤为容易被破坏，从而引起电池的倍率性能衰减。

本工作中，我们通过异相复合的方法制备了一种普鲁士白@镍铁普鲁士蓝（PW@NiFeHCF）复合材料。以该类复合材料作为正极的钠离子电池表现出优异的倍率性能。其中，优选材料在1.2 A g^-1及6 A g^-1的超大电流密度下，表现出120及95 mAh g^-1的可逆比容量，容量保持率分别相当于首个循环的94.5%及72.5%。结合原位工况穆斯堡尔谱及动力学分析测试得到，高自旋铁反应时的储钠过程是扩散与电容共同控制，而低自旋铁反应时的储钠过程为电容过程占据主导。Ni的掺杂提升了低自旋铁含量并促进其完全反应，使复合材料的储钠机制趋近于电容控制。另一方面，经过复合后的材料晶体结构由菱面体相转变为单斜相。单斜相普鲁士蓝类材料在嵌钠/脱钠过程中晶体结构在一维方向上的变化小于3%。微小的晶胞参数变化正是引起插层赝电容，增强钠离子扩散动力学的关键因素。该工作为开发高倍率性能的普鲁士蓝类正极材料提供了新思路。

相关成果以“Capacitive-controlled Prussian white with nickel iron hexacyanoferrate composite cathode for rapid sodium diffusion”为题，发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。该工作的第一作者是我中心博士研究生王子楠。该项工作得到国家自然科学基金、中国科学院全球共性挑战专项、国际合作伙伴计划重点项目、仪器设备功能开发技术创新项目、国际人才计划等项目的资助。（文/图 王子楠）

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.4c00885