Mapping irreversible electrochemical processes on the nanoscale: Ionic phenomena in li ion conductive glass ceramics

Nano Letters

Volumn 11, Issue 10, 2011, Pages 4161-4167

  Arruda, Thomas M ^a   Kumar, Amit ^a   Kalinin, Sergei V ^a   Jesse, Stephen ^a  

^a OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

band Excitation; batteries; Electrochemical strain microscopy; irreversible; lithium ion conducting glass ceramic; lithium ion conductor

Indexed keywords

BAND EXCITATION; ELECTROCHEMICAL STRAIN; IRREVERSIBLE; LITHIUM ION CONDUCTING GLASS CERAMIC; LITHIUM ION CONDUCTOR;

GLASS CERAMICS; LITHIUM; LITHIUM ALLOYS; NANOSTRUCTURED MATERIALS; NANOTECHNOLOGY; NUCLEATION; SCANNING PROBE MICROSCOPY;

IONS;

EID: 80054023831     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/nl202039v     Document Type: Article

References (78)

1. Nazri, G.-A.; Pistoia, G. Lithium Batteries: Science and Technology, 1st ed.; Springer-Verlag: New York, 2009.
2. Abraham, K. M; Jiang, Z. J. Electrochem. Soc. 1996, 143 (1) 1-5
3. Wang, D.; Xiao, J.; Xu., W.; Zhang, J. G. J. Electrochem. Soc. 2010, 157 (7) A760-A764
4. Bagotsky, V. S. Fuel Cells: Problems and Solutions, John Wiley & Sons, Inc.: Hoboken, NJ, 2009.
5. O'Hayre, R.; Cha, S. W.; Colella, W.; Prinz, F. B. Fuel Cell Fundamentals; John Wiley & Sons, Inc.: Hoboken, NJ. 2006.
6. Adler, S. B. Chem. Rev. 2004, 104 (10) 4791-4843
7. Tuller, H. L.; Litzelman, S. J.; Jung, W. C. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 3023-3034
8. Silassen, M.; Eklund, P.; Pryds, N.; Johnson, E.; Helmersson, U.; Bottiger, J. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 1-6
9. Tsuruoka, T.; Terabe, K.; Hasegawa, T.; Aono, M. Nanotechnology 2010, 21 (42) 425205
10. Strukov, D. B.; Snider, G. S.; Stewart, D. R.; Williams, R. S. Nature 2008, 453 (7191) 80-83
11. Sawa, A. Mater. Today 2008, 11 (6) 28-36
12. Ueno, K.; Shimotani, H.; Iwasa, Y.; Kawasaki, M. Appl. Phys. Lett. 2010, 96, 252107
13. Soukiassian, A.; Tagantsev, A.; Setter, N. Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 192903
14. Milne, J. S.; Rowe, A. C. H.; Arscott, S.; Renner, C. Phys. Rev. Lett. 2010, 105, 226802
15. Opitz, A. K.; Fleig, J. Solid State Ionics 2010, 181 (15-16) 684-693
16. La O', G. J.; In, H. J.; Crumlin, E.; Barbastathis, S.; Shao Horn, Y. Int. J. Energy. Res. 2007, 31 (6-7) 548-575
17. Kushida, K.; Kuriyama, K. Appl. Phys. Lett. 2004, 84 (18) 3456-3458
18. Kostecki, R.; Kong, F.; Matsuo, Y.; McLarnon, F. Electrochim. Acta 1999, 45 (1) 225-233
19. Kostecki, R.; McLarnon, F. Appl. Phys. Lett. 2000, 76 (18) 2535-2537
20. Matsuo, Y.; Kostecki, R.; McLarnon, F. J. Electrochem. Soc. 2001, 148 (7) A687-A692
21. Semenov, A. E.; Borodina, I. N.; Garofalini, S. H. J. Electrochem. Soc. 2001, 148 (11) A1239-A1246
22. Kuriyama, K.; Onoue, A.; Yuasa, Y.; Kushida, K. Surf. Sci. 2007, 601 (10) 2256-2259
23. Shao, R.; Kalinin, S. V.; Bonnell, D. A. Appl. Phys. Lett. 2003, 82 (12) 1869-1871
24. O'Hayre, R.; Lee, M.; Prinz, F. B. J. Appl. Phys. 2004, 95 (12) 8382-8392
25. Darowicki, K.; Szocinski, M.; Zielinski, A. Electrochim. Acta 2010, 55 (11) 3741-3748
26. Lee, W.; Lee, M.; Kim, Y. B.; Prinz, F. B. Nanotechnology 2009, 20 (44) 445706 1-7
27. Kalinin, S. V.; Balke, N. Adv. Mater. 2010, 22, E193
28. Balke, N.; Jesse, S.; Morozovska, A. N.; Eliseev, E. A.; Chung, D. W.; Kim, Y.; Adamczyk, L.; Garcia, R. E.; Dudney, N.; Kalinin, S. V. Nat. Nanotechnol. 2010, 5 (10) 749-754
29. Balke, N.; Jesse, S.; Kim, Y.; Adamczyk, L.; Tselev, A.; Ivanov, I. N.; Dudney, N.; Kalinin, S. V. Nano Lett. 2010, 10 (9) 3420-3425
30. Balke, N.; Jesse, S.; Kim, Y.; Adamczyk, L.; Ivanov, I. N.; Dudney, N. J.; Kalinin, S. V. ACS Nano 2010, 4 (12) 7349-7357
31. Morozovska, A.; Eliseev, E.; Kalinin, S. V. Appl. Phys. Lett. 2010, 96, 222906
32. Morozovska, A. N.; Eliseev, E. A.; Balke, N.; Kalinin, S. V. J. Appl. Phys. 2010, 108, 053712-053721
33. Kumar, A; Ciucci, F.; Morozovska, A. N.; Kalinin, S. V.; Jesse, S. Nat. Chem. 2011, 3 ((9)) 707-713.
34. Garcia, R.; Martinez, R. V.; Martinez, J. Chem. Soc. Rev. 2006, 35 (1) 29-38
35. Martinez, R. V.; Garcia, R. Nano Lett. 2005, 5 (6) 1161-1164
36. Martinez, R. V.; Losilla, N. S.; Martinez, J.; Tello, M.; Garcia, R. Nanotechnology 2007, 18 (8) 084021
37. Garcia, R.; Losilla, N. S.; Martinez, J.; Martinez, R. V.; Palomares, F. J.; Huttel, Y.; Calvaresi, M.; Zerbetto, F. Appl. Phys. Lett. 2010, 96, 143110
38. Chien, F. S. S.; Hsieh, W. F.; Gwo, S.; Vladar, A. E.; Dagata, J. A. J. Appl. Phys. 2002, 91 (12) 10044-10050
39. Lee, M.; O'Hayre, R.; Prinz, F. B.; Gur, T. M. Appl. Phys. Lett. 2004, 85 (16) 3552-3554
40. https://www.ornl.gov/ccsd-registrations/battery/presentations/ Session8-240-Nakajima.pdf.
41. Fu, J. J. Am. Ceram. Soc. 1997, 80 (7) 1901-1903
42. Fu, J. Solid State Ionics 1997, 96 (3-4) 195-200
43. Xu, X.; Wen, Z.; Yang, X.; Zhang, J.; Gu, Z. Solid State Ionics 2006, 177, 2611-2615
44. Maksymovych, P.; Jesse, S.; Yu, P.; Ramesh, R.; Baddorf, A. P.; Kalinin, S. V. Science 2009, 324 (5933) 1421-1425
45. Arruda, T. M.; Shyam, B.; Lawton, J.; Ramaswamy, N.; Budil, D. E.; Ramaker, D. E.; Mukerjee, S. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 1028-1040
46. Suntivich, J.; Gasteiger, H. A.; Yabuuchi, N.; Nakanishi, H.; Goodenough, J. B.; Shao-Horn, Y. Nat. Chem. 2011, 3 ((8)) 647-647.
47. Jesse, S.; Kalinin, S. V.; Proksch, R.; Baddorf, A. P.; Rodriguez, B. J. Nanotechnology 2007, 18 (43) 435503-435510
48. Jesse, S.; Maksymovych, P.; Kalinin, S. V. Appl. Phys. Lett. 2008, 93 (11) 112903-112905
49. McLachlan, M. A.; McComb, D. W.; Ryan, M. P.; Morozovska, A. N.; Eliseev, E.; Payzant, A.; Jesse, S.; Seal, K.; Kalinin, S. V. Adv. Funct. Mater., 2011, 21 ((5)) 802.
50. Guo, S.; Ovchinnikov, O.; Curtis, M. E.; Johnson, M. B.; Jesse, S.; Kalinin, S. V. J. Appl. Phys. 2010, 108 (8) 084103-084112
51. Kumar, A.; Ovchinnikov, O. S.; Funakubo, H.; Jesse, S.; Kalinin, S. V. Appl. Phys. Lett. 2011, 98 (20) 202903-202905
52. Muraoka, Y.; Kihara, K Phys. Chem. Minerals 1997, 24, 243-253
53. Stanley, J. M. Ind. Eng. Chem. 1954, 46 (8) 1684-1689
54. Bakenov, Z.; Nakayama, M.; Wakihara, M.; Taniguchi, I. J. Solid State Electrochem. 2008, 12 (3) 295-302
55. Kos, A. B.; Hurley, D. C. Meas. Sci. Technol. 2008, 19 (1) 015504-015513
56. Proksch, R.; Dahlberg, E. D. Rev. Sci. Instrum. 1993, 64 (4) 912-916
57. Stark, M.; Guckenberger, R.; Stemmer, A.; Stark, R. W. J. Appl. Phys. 2005, 98 (11) 114904-114910
58. Nath, R.; Chu, Y. H.; Polomoff, N. A.; Ramesh, R.; Huey, B. D. Appl. Phys. Lett. 2008, 93 (7) 072905-072907
59. Proksch, R. Appl. Phys. Lett. 2006, 89 (11) 113121-113123
60. Rodriguez, B. J.; Jesse, S.; Seal, K.; Baddorf, A. P.; Habelitz, S.; Kalinin, S. V. Nanotechnology 2009, 20 (19) 195701-195706
61. Jesse, S.; Lee, H. N.; Kalinin, S. V. Rev. Sci. Instrum. 2006, 77 (7) 073702-073711
62. Rabe, U.; Sherer, V.; Hirsekorn, S.; Arnold, W. J. Vac. Sci. Technol., B 1997, 15, 1506
63. Burnham, N. A.; Kulik, A. J.; Gremaud, G.; Gallo, P.-J.; Oulevey, F. J. Vac. Sci. Technol., B 1996, 14, 794
64. Maivald, P.; Butt, H. J.; Gould, S. A. C.; Prater, C. B.; Drake, B.; Gurley, J. A.; Elings, V. B.; Hansma, P. K. Nanotechnology 1991, 2 (2) 103-106
65. Syed Asif, S.; Wahl, K, J.; Colton, R. J.; Warren, O. L. J. Appl. Phys. 2001, 90 (3) 1192-1200
66. Yamanaka, K.; Ogiso, H.; Kolosov, O. Appl. Phys. Lett. 1994, 64 (2) 178-180
67. Mirman, B.; Kalinin, S. V. Appl. Phys. Lett. 2008, 92 (8) 083102-083104
68. Zhang, S. S. J. Power Sources 2006, 162, 1379
69. Scott, J. F. Ferroelectric Memories; Springer: Heidelberg, Germany, 2000.
70. Tagantsev, A. K.; Stolichnov, I.; Colla, E. L.; Setter, N. J. Appl. Phys. 2001, 90 (3) 1387-1402
71. Rief, M.; Oesterhelt, F.; Heymann, B.; Gaub, H. E. Science 1997, 275 (5304) 1295-1297
72. Rief, M.; Gautel, M.; Oesterhelt, F.; Fernandez, J. M.; Gaub, H. E. Science 1997, 276 (5315) 1109-1112
73. Handbook of Molecular Force Spectroscopy; Noy, A., Ed.; Springer Science + Business Media LLC: New York, 2008.
74. Oliver, W. C.; Pharr, G. M. J. Mater. Res. 2004, 19 (1) 3-20
75. Nelson, B. A.; King, W. P. Rev. Sci. Instrum. 2007, 78 (2) 023702-023709
76. Hammiche, A.; Bozec, L.; Conroy, M.; Pollock, H. M.; Mills, G.; Weaver, J. M. R.; Price, D. M.; Reading, M.; Hourston, D. J.; Song, M. J. Vac. Sci. Technol., B 2000, 18 (3) 1322-1332
77. Lee, J.; King, W. P. Rev. Sci. Instrum. 2007, 78 (12) 126102-126104
78. Nikiforov, M.; Jesse, S.; Morozovska, A. N.; Eliseev, E. A.; Germinario, L. T.; Kalinin, S. V. Nanotechnology 2009, 20 (39) 395709-395718