Olivine‐Type Fe2GeX4 (X = S, Se, and Te): A Novel Class of Anode Materials for Exceptional Sodium Storage Performance

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作者
Xinyu Wang,Xin Du,Jiangli Luo,Longhui Li,Lei Tan,Weiwei Dong,Dan Li,Zaiping Guo
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202407492
摘要

Abstract The introduction of abundant metals to form ternary germanium‐based chalcogenides can dilute the high price and effectively buffer the volume variation of germanium. Herein, olivine‐structured Fe 2 GeX 4 (X = S, Se, and Te) are synthesized by a chemical vapor transport method to compare their sodium storage properties. A series of in situ and ex situ measurements validate a combined intercalation‐conversion‐alloying reaction mechanism of Fe 2 GeX 4 . Fe 2 GeS 4 exhibits a high capacity of 477.9 mA h g −1 after 2660 cycles at 8 A g −1 , and excellent rate capability. Furthermore, the Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 //Fe 2 GeS 4 full cell delivers a capacity of 375.5 mA h g −1 at 0.5 A g −1 , which is more than three times that of commercial hard carbon, with a high initial Coulombic efficiency of 93.23%. Capacity‐contribution and kinetic analyses reveal that the alloying reaction significantly contributes to the overall capacity and serves as the rate‐determining step within the reaction for both Fe 2 GeS 4 and Fe 2 GeSe 4 . Upon reaching a specific cycle threshold, the assessment of the kinetic properties of Fe 2 GeX 4 primarily relies on the ion diffusion process that occurs during charging. This work demonstrates that Fe 2 GeX 4 possesses promising practical potential to outperform hard carbon, offering valuable insights and impetus for the advancement of ternary germanium‐based anodes.
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