Amorphous ultrathin TiO2 atomic layer deposition films on carbon nanotubes as anodes for lithium ion batteries

Journal of the Electrochemical Society

Volumn 162, Issue 6, 2015, Pages A974-A981

  Xie, Ming ^a   Sun, Xiang ^b   Zhou, Changgong ^c   Cavanagh, Andrew S ^a   Sun, Hongtao ^b   Hu, Tao ^b   Wang, Gongkai ^b   Lian, Jie ^b   George, Steven M ^a,d  

^a UNIVERSITY OF COLORADO   (United States)

^b RENSSELAER POLYTECHNIC INSTITUTE   (United States)

^c LAWRENCE TECHNOLOGICAL UNIVERSITY   (United States)

^d UCB 450   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ANODES; ATOMIC LAYER DEPOSITION; CARBON FILMS; CYCLIC VOLTAMMETRY; MULTIWALLED CARBON NANOTUBES (MWCN); NANOCOMPOSITES; NANOTUBES; TIO2 NANOPARTICLES; TITANIUM DIOXIDE; ULTRATHIN FILMS;

ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS; FUNCTIONALIZED MULTI-WALLED CARBON NANOTUBES; GALVANOSTATIC CHARGE/DISCHARGE; HIGH CAPACITY ANODE; HIGH RATE CAPABILITY; HIGH SPECIFIC CAPACITY; INTERFACIAL CHARGE; SPECIFIC CAPACITIES;

LITHIUM-ION BATTERIES;

EID: 84928378871     PISSN: 00134651     EISSN: 19457111     Source Type: Journal    
DOI: 10.1149/2.0501506jes     Document Type: Article

References (75)

1. J. M. Tarascon and M. Armand, Nature, 414, 359 (2001).
2. M. S. Whittingham, Chem. Rev., 104, 4271 (2004).
3. P. G. Bruce, B. Scrosati, and J.-M. Tarascon, Angew. Chem. Int. Edit., 47, 2930 (2008).
4. G. Jeong, Y.-U. Kim, H. Kim, Y.-J. Kim, and H.-J. Sohn, Energy Environ. Sci., 4, 1986 (2011).
5. D. Deng, M. G. Kim, J. Y. Lee, and J. Cho, Energy Environ. Sci., 2, 818 (2009).
6. Z. G. Yang, D. Choi, S. Kerisit, K. M. Rosso, D. H. Wang, J. Zhang, G. Graff, and J. Liu, J. Power Sources, 192, 588 (2009).
7. G. N. Zhu, Y. G. Wang, and Y. Y. Xia, Energy Environ. Sci., 5, 6652 (2012).
8. Z. Chen, I. Belharouak, Y. K. Sun, and K. Amine, Adv. Funct. Mater., 23, 959 (2013).
9. J. Y. Shin, D. Samuelis, and J. Maier, Adv. Funct. Mater., 21, 3464 (2011).
10. J. H. Liu, J. S. Chen, X. F. Wei, X. W. Lou, and X. W. Liu, Adv. Mater., 23, 998 (2011).
11. N. Li, G. Liu, C. Zhen, F. Li, L. L. Zhang, and H. M. Cheng, Adv. Funct. Mater., 21, 1717 (2011).
12. H. Han, T. Song, J. Y. Bae, L. F. Nazar, H. Kim, and U. Paik, Energy Environ. Sci., 4, 4532 (2011).
13. J. Y. Shin, J. H. Joo, D. Samuelis, and J. Maier, Chem. Mater., 24, 543 (2012).
14. D. D. Cai, P. C. Lian, X. F. Zhu, S. Z. Liang, W. S. Yang, and H. H. Wang, Electrochim. Acta, 74, 65 (2012).
15. S. B. Yang, X. L. Feng, and K. Mullen, Adv. Mater., 23, 3575 (2011).
16. S. H. Liu, H. P. Jia, L. Han, J. L. Wang, P. F. Gao, D. D. Xu, J. Yang, and S. N. Che, Adv. Mater., 24, 3201 (2012).
17. G. F. Ortiz, I. Hanzu, T. Djenizian, P. Lavela, J. L. Tirado, and P. Knauth, Chem. Mater., 21, 63 (2008).
18. M. Wagemaker, G. J. Kearley, A. A. van Well, H. Mutka, and F. M. Mulder, J. Am. Chem. Soc., 125, 840 (2002).
19. H. Lindstrom, S. Sodergren, A. Solbrand, H. Rensmo, J. Hjelm, A. Hagfeldt, and S. E. Lindquist, J. Phys. Chem. B, 101, 7710 (1997).
20. H. Liu, Z. Bi, X.-G. Sun, R. R. Unocic, M. P. Paranthaman, S. Dai, and G. M. Brown, Adv. Mater., 23, 3450 (2011).
21. G. Armstrong, A. R. Armstrong, J. Canales, and P. G. Bruce, Electrochem. Solid State Lett., 9, A139 (2006).
22. A. R. Armstrong, G. Armstrong, J. Canales, and P. G. Bruce, Angew. Chem. Int. Edit., 43, 2286 (2004).
23. J. Wang, J. Polleux, J. Lim, and B. Dunn, J. Phys. Chem. C, 111, 14925 (2007).
24. S. Yoon, B. H. Ka, C. Lee, M. Park, and S. M. Oh, Electrochem Solid St, 12, A28 (2009).
25. Z. X. Yang, G. D. Du, Z. P. Guo, X. B. Yu, Z. X. Chen, T. L. Guo, and H. K. Liu, J Mater Chem, 21, 8591 (2011).
26. D. H. Wang, D. W. Choi, J. Li, Z. G. Yang, Z. M. Nie, R. Kou, D. H. Hu, C. M. Wang, L. V. Saraf, J. G. Zhang, I. A. Aksay, and J. Liu, ACS Nano, 3, 907 (2009).
27. L. F. Shen, X. G. Zhang, H. S. Li, C. Z. Yuan, and G. Z. Cao, J. Phys. Chem. Lett., 2, 3096 (2011).
28. S. M. George, Chem. Rev., 110, 111 (2010).
29. J. W. Elam, D. Routkevitch, P. P. Mardilovich, and S. M. George, Chem. Mater., 15, 3507 (2003).
30. R. G. Gordon, D. Hausmann, E. Kim, and J. Shepard, Chem. Vap. Deposition, 9, 73 (2003).
31. Y. S. Jung, A. S. Cavanagh, L. A. Riley, S. H. Kang, A. C. Dillon, M. D. Groner, S. M. George, and S. H. Lee, Adv. Mater., 22, 2172 (2010).
32. I. Lahiri, S.-M. Oh, J. Y. Hwang, C. Kang, M. Choi, H. Jeon, R. Banerjee, Y.-K. Sun, and W. Choi, J Mater Chem, 21, 13621 (2011).
33. C. M. Ban, M. Xie, X. Sun, J. J. Travis, G. K. Wang, H. T. Sun, A. C. Dillon, J. Lian, and S. M. George, Nanotechnology, 24, 424002 (2013).
34. X. Y. Chen, H. L. Zhu, Y. C. Chen, Y. Y. Shang, A. Y. Cao, L. B. Hu, and G. W. Rubloff, Acs Nano, 6, 7948 (2012).
35. X. F. Li, X. B. Meng, J. Liu, D. S. Geng, Y. Zhang, M. N. Banis, Y. L. Li, J. L. Yang, R. Y. Li, X. L. Sun, M. Cai, and M. W. Verbrugge, Adv. Funct. Mater., 22, 1647 (2012).
36. S. Boukhalfa, K. Evanoff, and G. Yushin, Energy Environ. Sci., 5, 6872 (2012).
37. X. Sun, M. Xie, J. J. Travis, G. K. Wang, H. T. Sun, J. Lian, and S. M. George, J. Phys. Chem. C, 117, 22497 (2013).
38. X. Sun, M. Xie, G. K. Wang, H. T. Sun, A. S. Cavanagh, J. J. Travis, S. M. George, and J. Lian, J. Electrochem. Soc., 159, A364 (2012).
39. S. K. Cheah, E. Perre, M. Rooth, M. Fondell, A. Harsta, L. Nyholm, M. Boman, T. Gustafsson, J. Lu, P. Simon, and K. Edstrom, Nano Lett., 9, 3230 (2009).
40. W. Wang, M. Tian, A. Abdulagatov, S. M. George, Y.-C. Lee, and R. Yang, Nano Lett., 12, 655 (2012).
41. K. Gerasopoulos, E. Pomerantseva, M. McCarthy, A. Brown, C. Wang, J. Culver, and R. Ghodssi, ACS Nano, 6, 6422 (2012).
42. E. Eustache, P. Tilmant, L. Morgenroth, P. Roussel, G. Patriarche, D. Troadec, N. Rolland, T. Brousse, and C. Lethien, Adv. Energy Mater., 4, 1301612 (2014).
43. H. T. Fang, M. Liu, D. W. Wang, T. Sun, D. S. Guan, F. Li, J. G. Zhou, T. K. Sham, and H. M. Cheng, Nanotechnology, 20, 225701 (2009).
44. W. J. H. Borghols, D. Lutzenkirchen-Hecht, U. Haake, W. Chan, U. Lafont, E. M. Kelder, E. R. H. van Eck, A. P. M. Kentgens, F. M. Mulder, and M. Wagemaker, J. Electrochem. Soc., 157, A582 (2010).
45. Z. Bi, M. P. Paranthaman, P. A. Menchhofer, R. R. Dehoff, C. A. Bridges, M. Chi, B. Guo, X.-G. Sun, and S. Dai, J. Power Sources, 222, 461 (2013).
46. Y. M. Lin, P. R. Abel, D. W. Flaherty, J. Wu, K. J. Stevenson, A. Heller, and C. B. Mullins, J. Phys. Chem. C, 115, 2585 (2011).
47. H. Xiong, H. Yildirim, E. V. Shevchenko, V. B. Prakapenka, B. Koo, M. D. Slater, M. Balasubramanian, S. K. R. S. Sankaranarayanan, J. P. Greeley, S. Tepavcevic, N. M. Dimitrijevic, P. Podsiadlo, C. S. Johnson, and T. Rajh, J. Phys. Chem. C, 116, 3181 (2012).
48. A. S. Cavanagh, C. A. Wilson, A. W. Weimer, and S. M. George, Nanotechnology, 20, 255602 (2009).
49. J. Aarik, A. Aidla, T. Uustare, and V. Sammelselg, J. Cryst. Growth, 148, 268 (1995).
50. J. A. McCormick, B. L. Cloutier, A. W. Weimer, and S. M. George, J. Vac. Sci. Technol. A, 25, 67 (2007).
51. J. A. McCormick, K. P. Rice, D. F. Paul, A. W. Weimer, and S. M. George, Chem. Vap. Deposition, 13, 491 (2007).
52. M. Ritala, M. Leskela, E. Nykanen, P. Soininen, and L. Niinisto, Thin Solid Films, 225, 288 (1993).
53. W. Z. Li, C. H. Liang, W. J. Zhou, J. S. Qiu, Z. H. Zhou, G. Q. Sun, and Q. Xin, J. Phys. Chem. B, 107, 6292 (2003).
54. C. H. Liang, L. Ding, C. Li, M. Pang, D. S. Su, W. H. Li, and Y. M. Wang, Energy & Environ. Sci., 3, 1121 (2010).
55. X. B. Yan, B. K. Tay, and Y. Yang, J. Phys. Chem. B, 110, 25844 (2006).
56. G. M. An, W. H. Ma, Z. Y. Sun, Z. M. Liu, B. X. Han, S. D. Miao, Z. J. Miao, and K. L. Ding, Carbon, 45, 1795 (2007).
57. B. S. Huang, H. H. Tseng, and M. Y. Wey, J. Ceram. Soc. Jp., 117, 753 (2009).
58. B. J. Landi, M. J. Ganter, C. D. Cress, R. A. DiLeo, and R. P. Raffaelle, Energy Environ. Sci., 2, 638 (2009).
59. M. Pumera, Energy Environ. Sci., 4, 668 (2011).
60. M. Winter, Z. Phys. Chem., 223, 1395 (2009).
61. Z.-S. Wu, W. Ren, L. Xu, F. Li, and H.-M. Cheng, ACS Nano, 5, 5463 (2011).
62. Z. X. Shu, R. S. McMillan, and J. J. Murray, J. Electrochem. Soc., 140, 922 (1993).
63. T. Zheng, Y. H. Liu, E. W. Fuller, S. Tseng, U. Vonsacken, and J. R. Dahn, J. Electrochem. Soc., 142, 2581 (1995).
64. F. F. Cao, Y. G. Guo, S. F. Zheng, X. L. Wu, L. Y. Jiang, R. R. Bi, L. J. Wan, and J. Maier, Chem. Mater., 22, 1908 (2010).
65. J. Liu, X. F. Li, M. Cai, R. Y. Li, and X. L. Sun, Electrochim. Acta, 93, 195 (2013).
66. T. Abe, S. Yamate, Y. Iriyama, M. Inaba, Z. Ogumi, and T. Fukutsuka, Mol. Cryst. Liq. Cryst., 388, 555 (2002).
67. P. Balaya, A. J. Bhattacharyya, J. Jamnik, Y. F. Zhukovskii, E. A. Kotomin, and J. Maier, J. Power Sources, 159, 171 (2006).
68. J. Jamnik and J. Maier, Phys. Chem. Chem. Phys., 5, 5215 (2003).
69. Y. F. Zhukovskii, P. Balaya, E. A. Kotomin, and J. Maier, Phys. Rev. Lett., 96, 058302 (2006).
70. B. E. Conway, J. Electrochem. Soc., 138, 1539 (1991).
71. M. Toupin, T. Brousse, and D. Belanger, Chem. Mater., 14, 3946 (2002).
72. X. Jia, Z. Chen, X. Cui, Y. Peng, X. Wang, G. Wang, F. Wei, and Y. Lu, ACS Nano, 6, 9911 (2012).
73. M. N. Hyder, B. M. Gallant, N. J. Shah, Y. Shao-Horn, and P. T. Hammond, Nano Lett., 13, 4610 (2013).
74. S. Liu, Z. Wang, C. Yu, H. B. Wu, G. Wang, Q. Dong, J. Qiu, A. Eychmüller, and X. W. Lou, Adv. Mater., 25, 3462 (2013).
75. X. Wang, Y. Yan, B. Hao, and G. Chen, ACS Appl. Mater. Interfaces, 5, 3631 (2013).