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Designing two-dimensional WS2 layered cathode for high-performance aluminum-ion batteries: From micro-assemblies to insertion mechanism

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作者
Zhongchen Zhao,Zhengqiang Hu,Qiang Li,Hongsen Li,Xiao Zhang,Yidan Zhuang,Feng Wang,Guihua Yu
出处
期刊:Nano Today [Elsevier BV]
卷期号:32: 100870-100870 被引量:103
标识
DOI:10.1016/j.nantod.2020.100870
摘要

Owing to the high abundance, inherent safety, and three-electron redox properties of aluminum, aluminum-ion batteries (AIBs) are promising candidates for the next-generation battery technologies with high energy-to-price ratio. Despite recent great progress in finding appropriate electrolyte, an on-going research focus of the AIBs remains to be exploiting host electrodes for the large aluminum (complex) ions. Herein, a star-shaped two-dimensional (2D) WS2 microsheet assembly cathode substitute is prepared and applied in AIBs for the first time. The in-depth study with density functional theory (DFT) calculations, ex-situ X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and X-ray diffraction (XRD) reveals an explicit intercalation mechanism of chloroaluminate anions (AlCl4−) in the WS2 electrode. Benefiting from their structural configuration, the star-shaped 2D WS2 microsheet assemblies display a highly reversible capacity of 254 mA h g−1 at a current density of 0.1 A g−1, a superior rate capability (86 mA h g−1 at 5 A g−1), and a favorable cycling stability (119 mA h g−1 remained after 500 cycles at 1 A g−1). The synthetic approach and the proposed mechanism could pave the way for the further development of high-performance AIBs.
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