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(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所綠色化工研究部研究員趙君梅團(tuán)隊(duì)與物理研究所清潔能源團(tuán)隊(duì)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(guó)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(guò)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(wèn)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(kāi)發(fā)出可在室溫下實(shí)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(duì)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(duì)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(dòng)力學(xué)性能。研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用化學(xué)濕涂層法將硼化鈷包覆在普魯士白表面。實(shí)驗(yàn)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。基于正負(fù)極活性物質(zhì)總質(zhì)量計(jì)算，在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)計(jì)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(guó)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