Topotactic Transformation Synthesis of 2D Ultrathin GeS2 Nanosheets toward High-Rate and High-Energy-Density Sodium-Ion Half/Full Batteries

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作者
Cheng Chao Li,Bo Wang,Dong Chen,Li‐Yong Gan,Yuezhan Feng,Yufei Zhang,Yang Yang,Hongbo Geng,Xianhong Rui,Yan Yu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:14 (1): 531-540 被引量:76
标识
DOI:10.1021/acsnano.9b06855
摘要

Currently, development of metal sulfide anodes for sodium-ion batteries (SIBs) with high capacity, fast charging/discharging, and good cycling performance continues to present a great challenge. Hence, a topochemical conversion strategy is reported to fabricate 2D ultrathin GeS2 nanosheets (thickness: ∼1.2 nm) as the potential anodes for sodium storage. The 2D ultrathin nanostructure can mitigate the electrode–electrolyte contact issue faced by bulk material and provide shorter transport/diffusion pathways for Na ions and electrons, resulting in excellent rate performance. Impressively, ultrathin GeS2 nanosheets can bring a large capacity of 515 mAh g–1 even after 2000 cycles under 10 A g–1. Additionally, as revealed by calculations and in situ/ex situ technique analysis, a favorable mechanism of Na+ intercalation/deintercalation into/from the GeS2 interlayer region (GeS2 ↔ NaxGeS2) is demonstrated. Furthermore, when coupled with the advanced cathode of Na3V2(PO4)2O2F, the sodium-ion full cell shows a stable high energy density (213 Wh kg–1), which makes our ultrathin GeS2 nanosheets a promising candidate for SIBs.
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