Topological Transformation of Hydrogen-Terminated Germanium to Germanium Nanosheets for Fast Lithium Storage

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作者
Xu Yang,Qi Lu,Da Ke,Liang Zhu,Ning Li,Qichao Wang,Chenyu Yang,Xuyang Xiong,Jian He Hong,Jingwen Zhou,Xianlong Zhou,Chaofeng Zhang,Tengfei Zhou
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (26): 33396-33403 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsami.4c04132
摘要

Germanium has been recognized as a promising anode material for lithium-ion batteries (LIBs) due to its high theoretical capacity and excellent lithium-ion diffusivity. Nonetheless, it is challenging to enhance both the high-rate performance and long-term cycling stability simultaneously. This study introduces a novel heterostructure composed of germanium nanosheets integrated with graphene (Ge NSs@Gr). These nanosheets undergo an in situ phase transformation from a hydrogen-terminated multilayer germanium compound termed germanane (GeH) derived via topochemical deintercalation from CaGe 2 . This approach mitigates oxidation and prevents restacking by functionalizing the exfoliated germanane with octadecenoic organic molecules. The resultant germanium nanosheets retain their structural integrity from CaGe 2 and present an exposed, active (111) surface that features an open crystal lattice, facilitating swift lithium-ion migration conducive to lithium storage. The composite material delivers a substantial reversible capacity of 1220 mA h g –1 at a current density of 0.2 C and maintains a capacity of 456 mA h g –1 even at an ultrahigh current density of 10 C over extended cycling. Impressively, a capacity of 316 mA h g –1 remains after 5000 cycles. The exceptional high-rate performance and durable cycling stability underscore the Ge NSs@Gr anode’s potential as a highly viable option for LIBs.

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