A size-dependent sodium storage mechanism in Li4Ti 5O12 investigated by a novel characterization technique combining in situ X-ray diffraction and chemical sodiation

Nano Letters

Volumn 13, Issue 10, 2013, Pages 4721-4727

  Yu, Xiqian ^a   Pan, Huilin ^b   Wan, Wang ^a   Ma, Chao ^b   Bai, Jianming ^a   Meng, Qingping ^a   Ehrlich, Steven N ^a   Hu, Yong Sheng ^b   Yang, Xiao Qing ^a  

^a BROOKHAVEN NATIONAL LABORATORY   (United States)

^b Institute of Physics   (China)

Author keywords

chemical sodiation; in situ X ray diffraction; size effect; Sodium ion batteries

Indexed keywords

ANODES; DIFFUSION; LITHIUM-ION BATTERIES; METAL IONS; SODIUM COMPOUNDS; SODIUM METALLOGRAPHY; SODIUM-ION BATTERIES; TITANIUM COMPOUNDS; X RAY DIFFRACTION;

CHARACTERIZATION TECHNIQUES; ELECTROCHEMICAL METHODS; IN-SITU EXPERIMENTS; IN-SITU X-RAY DIFFRACTION; ION DIFFUSION COEFFICIENT; SIZE EFFECTS; SOLID SOLUTION REACTION; STRUCTURE EVOLUTION;

LITHIUM COMPOUNDS;

ION; LITHIUM; SODIUM; TITANIUM; TITANIUM DIOXIDE;

ARTICLE; CHEMISTRY; ELECTRODE; POWER SUPPLY; X RAY DIFFRACTION;

ELECTRIC POWER SUPPLIES; ELECTRODES; IONS; LITHIUM; SODIUM; TITANIUM; X-RAY DIFFRACTION;

EID: 84885439962     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/nl402263g     Document Type: Article

References (49)

1. Delacourt, C.; Poizot, P.; Tarascon, J. M.; Masquelier, C. Nat. Mater. 2005, 4, 254
2. Misra, S.; Liu, N.; Nelson, J.; Hong, S. S.; Cui, Y.; Toney, M. F. ACS Nano 2012, 6, 5465
3. Yu, X. Q.; Wang, Q.; Zhou, Y. N.; Li, H.; Yang, X. Q.; Nam, K. W.; Ehrlich, S. N.; Khalid, S. Y.; Meng, S. Chem. Commun. 2012, 48, 11537
4. Sharma, N.; Guo, X. W.; Du, G. D.; Guo, Z. P.; Wang, J. Z.; Wang, Z. X.; Peterson, V. K. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 7867
5. Bhattacharyya, R.; Key, B.; Chen, H.; Best, A.; Hollenkamp, A.; Grey, C. Nat. Mater. 2010, 9, 504
6. Nelson, J.; Misra, S.; Yang, Y.; Jackson, A.; Liu, Y. J.; Wang, H. L.; Dai, H. J.; Andrews, J. C.; Cui, Y.; Toney, M. F. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 6337
7. Wang, C. M.; Xu, W.; Liu, J.; Zhang, J. -G.; Saraf, L. V.; Arey, B. W.; Choi, D.; Yang, Z. G.; Xiao, J.; Thevuthasan, S. D.; Baer, R. Nano Lett. 2011, 11, 1874
8. McDowell, M. T.; Lee, S. W.; Harris, J. T.; Korgel, B. A.; Wang, C. M.; Nix, W. D.; Cui, Y. Nano Lett. 2013, 13, 758
9. McDowell, M. T.; Ryu, I.; Lee, S. W.; Wang, C. M.; Nix, W. D; Cui, Y. Adv. Mater. 2012, 24, 6034
10. Wang, C. M.; Li, X. L.; Wang, Z. G.; Xu, W.; Liu, J.; Gao, F.; Kovarik, L.; Zhang, J. G.; Howe, J.; Burton, D. J.; Liu, Z. Y.; Xiao, X. C.; Thevuthasan, S.; Baer, D. R. Nano Lett. 2012, 12, 1624
11. Ellis, B. L.; Makahnouk, W. R. M.; Makimura, Y.; Toghill, K.; Nazar, L. F. Nat. Mater. 2007, 6, 749
12. Kim, S. W.; Seo, D. H.; Ma, X. H.; Ceder, G.; Kang, K. Adv. Energy Mater. 2012, 2, 710
13. Sakaushi, K.; Hosono, E.; Nickerl, G.; Gemming, T.; Zhou, H.; Kaskel, S.; Eckert, J. Nat. Commun. 2013, 4, 1485
14. Berthelot, R.; Carlier, D.; Delmas, C. Nat. Mater. 2011, 10, 74
15. Cao, Y. L.; Xiao, L. F.; Wang, W.; Choi, D.; Nie, Z. M.; Yu, J. G.; Saraf, L. V.; Yang, Z. G.; Liu, J. Adv. Mater. 2011, 23, 3155
16. Guignard, M.; Didier, C.; Darriet, J.; Bordet, P.; Elkaïm, E.; Delmas, C. Nat. Mater. 2013, 11, 74
17. Yabuuchi, N.; Kajiyama, M.; Iwatate, J.; Nishikawa, H.; Hitomi, S.; Okuyama, R.; Usui, R.; Yamada, Y.; Komaba, S. Nat. Mater. 2012, 11, 512
18. Kim, D.; Kang, S. H.; Slater, M.; Rood, S.; Vaughey, J. T.; Karan, N.; Balasubramanian, M.; Johnson, C. S. Adv. Energy Mater. 2011, 1, 333
19. Jian, Z. L.; Zhao, L.; Pan, H. L.; Hu, Y.-S.; Li, H.; Chen, W.; Chen, L. Q. Electrochem. Commun. 2012, 14, 86
20. Jian, Z. L.; Han, W. Z.; Lu, X.; Yang, H. X.; Hu, Y.-S.; Zhou, J.; Zhou, Z. B.; Li, J. Q.; Chen, W.; Chen, D. F.; Chen, L. Q. Adv. Energy Mater. 2013, 3, 156
21. Kim, H.; Park, I.; Seo, D. H.; Lee, S.; Kim, S. W.; Kwon, W. J.; Park, Y. U.; Kim, C. S.; Jeon, S.; Kang, K. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 10369
22. Liu, Y. L.; Xu, Y. H.; Han, X. G.; Pellegrinelli, C.; Zhu, Y. J.; Zhu, H. L.; Wan, J. Y.; Chung, A. C.; Vaaland, O.; Wang, C. S.; Hu, L. B. Nano Lett. 2012, 12, 5664
23. Pasta, M.; Wessells, C. D.; Huggins, R. A.; Cui, Y. Nat. Commun. 2012, 3, 1149
24. Wessells, C. D.; Peddada, S. V.; Huggins, R. A.; Cui, Y. Nano Lett. 2011, 11, 5421
25. Wessells, C. D.; Huggins, R. A.; Cui, Y. Nat. Commun. 2011, 2, 550
26. Pan, H. L.; Lu, X.; Yu, X. Q.; Hu, Y. -S.; Li, H.; Yang, X. Q.; Chen, L. Q. Adv. Energy. Mater. 2013, 3, 1186
27. Zhao, L.; Zhao, J. M.; Hu, Y. -S.; Li, H.; Zhou, Z. B.; Armand, M.; Chen, L. Q. Adv. Energy Mater. 2012, 2, 962
28. Zhu, H.; Jia, Z.; Chen, Y.; Weadock, N.; Wan, J.; Vaaland, O.; Han, X.; Li, T.; Hu, L. Nano Lett. 2013, 13, 3093
29. Darwiche, A.; Marino, C.; Sougrati, M. T.; Fraisse, B.; Stievano, L.; Monconduit, L. J. Am. Chem. Soc. 2013, 134, 20805
30. Xiao, L. F.; Cao, Y. L.; Xiao, J.; Wang, W.; Kovarik, L.; Nie, Z. M.; Liu, J. Chem. Commun. 2012, 48, 3321
31. Komaba, S.; Murata, W.; Ishikawa, T.; Yabuuchi, N.; Ozeki, T.; Nakayama, T.; Ogata, A.; Gotoh, K.; Fujiwara, K. Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 3859
32. Cao, Y. L.; Xiao, L. F.; Sushko, M. L.; Wang, W.; Schewenzer, B.; Xiao, J.; Nie, Z. M.; Saraf, L. V.; Yang, Z. G.; Liu, J. Nano Lett. 2012, 12, 3783
33. Scharner, S.; Weppner, W.; Schmid-Beurmann, P. J. Electrochem. Soc. 1999, 146, 857
34. Zhao, L.; Pan, H. L.; Hu, Y. S.; Li, H.; Chen, L. Q. Chin. Phys. B 2012, 21, 028201
35. Sun, Y.; Zhao, L.; Pan, H. L.; Lu, X.; Gu, L.; Hu, Y. -S.; Li, H.; Armand, M.; Ikuhara, Y.; Chen, L. Q.; Huang, X. J. Nat. Commun. 2013, 4, 1870
36. Borghols, W. J. H.; Wagemaker, M.; Lafont, U.; Kelder, E. M.; Mulder, F. M. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 17786
37. Zhao, L.; Hu, Y. -S.; Li, H.; Wang, Z. X.; Chen, L. Q. Adv. Mater. 2011, 23, 1385
38. Delmer, O.; Balaya, P.; Kienle, L.; Maier, J. Adv. Mater. 2008, 20, 501
39. Delmer, O.; Maier, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 6424
40. Yamada, A.; Takei, Y.; Koizumi, H.; Sonoyama, N.; Kanno, R.; Itoh, K.; Yonemura, M.; Kamiyama, T. Chem. Mater. 2006, 18, 804
41. Schimmel, H. G.; Huot, J.; Chapon, L. C.; Tichelaar, F. D.; Mulder, F. M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 14348
42. Meethong, N.; Huang, H. Y. S.; Speakman, S. A.; Carter, W. C.; Chiang, Y. M. Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 1115
43. Mott, N. F.; Nabarro, F. R. N. Proc. Phys. Soc. 1940, 52, 86
44. Lu, X.; Zhao, L.; He, X. Q.; Xiao, R. J.; Gu, L.; Hu, Y. -S.; Li, H.; Wang, Z. X.; Duan, X. F.; Chen, L. Q.; Maier, J.; Ikuhara, Y. Adv. Mater. 2012, 24, 3233
45. Yu, X. Q.; Wang, R.; He, Y.; Hu, Y. -S.; Li, H.; Huang, X. J. Electrochem. Solid-State Lett. 2010, 13, J99
46. Gibot, P.; Casas-Cabanas, M.; Laffont, L.; Levasseur, S.; Carlach, P.; Hamelet, S.; Tarascon, J. M.; Masquelier, C. Nat. Mater. 2008, 7, 741
47. Dreyer, W.; Jamnik, J.; Guhlke, C.; Huth, R.; Moskon, J.; Gaberscek, M. Nat. Mater. 2010, 9, 448
48. Wang, X. J.; Cherno, J.; Nam, K. W.; Zhang, B.; Chen, H. Y.; Bai, J. M.; Li, H.; Huang, X. J.; Fischer, D. A.; Yang, X. Q. J. Mater. Chem. 2011, 21, 11406
49. Ravel, B.; Newville, M. J. Synchrotron Radiat. 2005, 12, 537