普魯士白因具有成本低、理論能量密度高等特點(diǎn)而成為頗具應(yīng)用潛能的鈉離子電池正極材料。近日，中國科學(xué)院過程工程研究所綠色化工研究部研究員趙君梅團(tuán)隊與中科院物理研究所清潔能源團(tuán)隊合作，提出在室溫下利用硼化鈷包覆菱形相普魯士白正極材料的新策略用于提高其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上，并被選為VIP文章。

　　菱形相普魯士白晶格結(jié)晶水少、鈉含量高，具有較高電壓和容量，是鈉離子電池正極材料的極佳選擇。然而，富含錳元素的普魯士白在充放電過程易引發(fā)姜泰勒效應(yīng)，導(dǎo)致材料顆粒腐蝕溶解、粒間裂紋產(chǎn)生、界面阻抗持續(xù)增加、體相結(jié)構(gòu)嚴(yán)重退化等，故在其表面引入合適的包覆層是解決這一問題的主要思路。常規(guī)的碳包覆、金屬氧化物包覆等策略通常需要高溫?zé)Y(jié)，這將破壞普魯士白的結(jié)構(gòu)。因此，開發(fā)出可在室溫下實現(xiàn)包覆的策略尤為重要。 

　　硼化鈷作為“金屬玻璃”，能夠?qū)崿F(xiàn)對普魯士白的全包覆，且具有良好的機(jī)械韌性，可以有效抑制其和電解液之間的副反應(yīng)，減輕錳元素的溶解，對普魯士白顆粒的各向異性體積變化具有約束和緩沖作用，從而緩解粒間微裂紋的產(chǎn)生。此外，硼化鈷具有混合電子和離子的雙導(dǎo)性，可增強(qiáng)普魯士白的動力學(xué)性能。研究團(tuán)隊運(yùn)用化學(xué)濕涂層法，將硼化鈷包覆在普魯士白表面。實驗結(jié)果顯示，硼化鈷包覆的普魯士白正極在10 C下可獲得132 mA h g^-1的可逆容量，而相同條件下未包覆的普魯士白可逆容量只有110 mA h g^-1。包覆的普魯士白在5 C下循環(huán)1000周，容量保持率為80%，而未包覆的樣品僅能獲得41%的容量保持率?；谡?fù)極活性物質(zhì)總質(zhì)量計算，在實驗室中進(jìn)行包覆的普魯士白的全電池能量密度約為310 Wh kg^-1，已接近相同條件下磷酸鐵鋰的330 Wh kg^-1。此外，經(jīng)實驗計算，負(fù)極為硬碳的硼化鈷包覆普魯士白全電池能量成本及循環(huán)壽命成本均較低。 

　　研究工作得到北京自然科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金、內(nèi)蒙古自治區(qū)科技廳和中科院的支持。 

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硼化鈷包覆層改善普魯士白正極材料電化學(xué)性能的作用機(jī)制示意圖