Advances and challenges of sodium ion batteries as post lithium ion batteries

RSC Advances

Volumn 5, Issue 65, 2015, Pages 53129-53154

  Sawicki, Monica ^a   Shaw, Leon L ^a  

^a ILLINOIS INSTITUTE OF TECHNOLOGY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ANODES; CHEMICAL PROPERTIES; ELECTRIC BATTERIES; ELECTRODES; ELECTROLYTES; IONIC LIQUIDS; IONS; LITHIUM; LITHIUM ALLOYS; LITHIUM COMPOUNDS; METAL IONS; SOLID ELECTROLYTES;

ABUNDANT RESOURCES; CATHODE AND ANODE; ELECTRICAL ENERGY STORAGES; IONIC-LIQUID BASED ELECTROLYTES; ORGANIC ELECTROLYTE; PERSONAL PERSPECTIVE; SODIUM ION BATTERIES; SOLID ELECTROLYTE INTERPHASE;

LITHIUM-ION BATTERIES;

EID: 84934898572     PISSN: None     EISSN: 20462069     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c5ra08321d     Document Type: Article

References (165)

1. J. Liu J. G. Zhang Z. Yang J. P. Lemmon C. Imhoff G. L. Graff L. Li J. Hu C. Wang J. Xiao G. Xia V. V. Viswanathan S. Baskaran V. Sprenkle X. Li Y. Shao B. Schwenzer Adv. Funct. Mater. 2013 23 929
2. M. D. Slater D. Kim E. Lee C. S. Johnson Adv. Funct. Mater. 2013 23 947
3. V. Palomares P. Serras I. Villaluenga K. B. Hueso J. Carretero-González T. Rojo Energy Environ. Sci. 2012 5 5884
4. H. Pan Y. S. Hu L. Chen Energy Environ. Sci. 2013 6 2338
5. Research Center for Energy Economics, http://www.ffe.de/en/the-topics/resources-and-climate-protection/6-range-assessment-of-current-lithium-reserves, accessed June 2013
6. N. Yabuuchi K. Kubota M. Dahbi S. Komaba Chem. Rev. 2014 114 11636
7. S. W. Kim D. H. Seo X. Ma G. Ceder K. Kang Adv. Energy Mater. 2012 2 710
8. Elemental abundances, http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Elemental-abundances.svg, accessed January 2013
9. B. L. Ellis L. F. Nazar Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2012 16 168
10. V. Palomares M. Casas-Cabanas E. Castillo-Martínez M. H. Han T. Rojo Energy Environ. Sci. 2013 6 2312
11. M. H. Han E. Gonzalo G. Singh T. Rojo Energy Environ. Sci. 2015 8 81
12. K. Mizushima P. C. Jones P. J. Wiseman J. B. Goodenough Mater. Res. Bull. 1980 15 783
13. A. S. Nagelberg W. L. Worrell J. Solid State Chem. 1979 29 345
14. J. P. Parant R. Olazcuaga M. Devalette C. Fouassier P. Hagenmuller J. Solid State Chem. 1971 3 1
15. C. Delmas C. Fouassier P. Hagenmuller Physica B+C 1980 99 81
16. C. Delmas J. Braconnier C. Fouassier P. Hagenmuller Solid State Ionics 1981 3-4 165
17. J. J. Braconnier C. Delmas P. Hagenmuller Mater. Res. Bull. 1982 17 993
18. J. J. Braconnier C. Delmas C. Fouassier P. Hagenmuller Mater. Res. Bull. 1980 15 1797
19. M. S. Whittingham Science 1976 192 1126
20. M. S. Whittingham J. Chem. Phys. 1971 54 414
21. M. S. Whittingham J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1974 328
22. S. P. Ong V. L. Chevrier G. Hautier A. Jain C. Moore S. Kim X. Ma G. Ceder Energy Environ. Sci. 2011 4 3680
23. S. Komaba T. Ishikawa N. Yabuuchi W. Murata A. Ito Y. Ohsawa ACS Appl. Mater. Interfaces 2011 3 4165
24. J. F. Whitacre T. Wiley S. Shanbhag Y. Wenzhuo A. Mohamed S. E. Chun E. Weber D. Blackwood E. Lynch-Bell J. Gulakowski C. Smith D. Humphreys J. Power Sources 2012 213 255
25. H. Qin Z. P. Song H. Zhan Y. H. Zhou J. Power Sources 2014 249 367
26. C. D. Wessells S. V. Peddada R. A. Huggins Y. Cui Nano Lett. 2011 11 5421
27. C. Deng S. Zhang Z. Dong Y. Shang Nano Energy 2014 4 49
28. J. F. Whitacre A. Tevar S. Sharma Electrochem. Commun. 2010 12 463
29. Y. Cao L. Xiao W. Wang D. Choi Z. Nie J. Yu L. V. Saraf Z. Yang J. Liu Adv. Mater. 2011 23 3155
30. W. Song X. Ji Y. Zhu H. Zhu F. Li J. Chen F. Lu Y. Yao C. E. Banks ChemElectroChem 2014 1 871
31. D. J. Kim R. Ponraj A. G. Kannan H. Lee R. Fathi R. Ruffo C. M. Mari D. Kyung J. Power Sources 2013 244 758
32. Y. Liu Y. Qiao W. Zhang H. Xu Z. Li Y. Shen L. Yuan X. Hu X. Dai Y. Huang Nano Energy 2014 5 97
33. Z. Li D. Young K. Xiang W. C. Carter Y.-M. Chiang Adv. Energy Mater. 2013 3 290
34. K. Kubota N. Yabuuchi H. Yoshida M. Dahbi S. Komaba MRS Bull. 2014 39 416
35. H. Kim D. J. Kim D. Seo M. S. Yeom K. Kang D. K. Kim Y. Jung Chem. Mater. 2012 24 1205
36. X. Ma H. Chen G. Ceder J. Electrochem. Soc. 2011 158 A1307
37. I. H. Jo H. S. Ryu D. G. Gu J. S. Park I. S. Ahn H. J. Ahn T. H. Nam K. W. Kim Mater. Res. Bull. 2014 3 2
38. N. Yabuuchi K. Yoshii S. Myung I. Nakai S. Komaba J. Am. Chem. Soc. 2011 133 4404
39. S. Yang X. Wang Y. Wang Q. Chen J. Li X. Yang Trans. Nonferrous Met. Soc. China 2010 20 1892
40. A. Mendiboure C. Delmas P. Hagenmuller J. Solid State Chem. 1985 57 323
41. J. Zhao H. Chen J. Shi J. Gu X. Dong J. Gao M. Ruan L. Yu Microporous Mesoporous Mater. 2008 116 432
42. J. P. Parant R. Olazcuaga M. Devalette C. Fouassier P. Hagenmuller J. Solid State Chem. 1971 3 1
43. O. A. Vargas A. Caballero L. Hernán J. Morales J. Power Sources 2011 196 3350
44. N. Bucher S. Hartung A. Nagasubramanian Y. L. Cheah H. E. Hoster S. Madhavi ACS Appl. Mater. Interfaces 2014 6 8059
45. A. Caballero L. Hernán J. Morales L. Sánchez J. Santos J. Solid State Chem. 2003 174 365
46. F. Sauvage L. Laffont J. M. Tarascon E. Baudrin Inorg. Chem. 2007 46 3289
47. J. Billaud R. J. Clement A. R. Armstrong J. Canales-Vazquez P. Rozier C. P. Grey P. G. Bruce J. Am. Chem. Soc. 2014 136 17243
48. S. Komaba C. Takei T. Nakayama A. Ogata N. Yabuuchi Electrochem. Commun. 2010 12 355
49. C. Y. Chen K. Matsumoto T. Nohira R. Hagiwara A. Fukunaga S. Sakai K. Nitta S. Inazawa J. Power Sources 2013 237 52
50. J. J. Ding Y.-N. Zhou Q. Sun Z.-W. Fu Electrochem. Commun. 2012 22 85
51. X. Xia J. R. Dahn Electrochem. Solid-State Lett. 2012 15 A1
52. S. Komaba T. Nakayama A. Ogata T. Shimizu C. Takei S. Takada A. Hokura I. Nakai ECS Trans. 2009 16 43
53. Y. Takeda K. Nakahara M. Nishijima N. Imanishi O. Yamamoto M. Takano R. Kanno Mater. Res. Bull. 1994 29 659
54. M. Tabuchi Solid State Ionics 1996 90 129
55. M. C. Blesa E. Moran C. León J. Santamaria J. D. Tornero N. Menéndez Solid State Ionics 1999 126 81
56. J. Zhao L. Zhao N. Dimov S. Okada T. Nishida J. Electrochem. Soc. 2013 160 A3077
57. H. Yoshida, N. Yabuuchi and S. Komaba, in ECS Meet. Abstr. MA2012-02, 2011, vol. 201, p. 1850
58. E. Monyoncho R. Bissessur Mater. Res. Bull. 2013 48 2678
59. B. Koo S. Chattopadhyay T. Shibata V. B. Prakapenka C. S. Johnson T. Rajh E. V. Shevchenko Chem. Mater. 2013 25 245
60. N. Yabuuchi M. Kajiyama J. Iwatate H. Nishikawa S. Hitomi R. Okuyama R. Usui Y. Yamada S. Komaba Nat. Mater. 2012 11 512
61. D. Buchholz A. Moretti R. Kloepsch S. Nowak V. Siozios M. Winter S. Passerini Chem. Mater. 2013 25 142
62. S. M. Oh S. T. Myung C. S. Yoon J. Lu J. Hassoun B. Scrosati K. Amine Y. K. Sun Nano Lett. 2014 14 1620
63. S. Doubaji M. Valvo I. Saadoune M. Dahbi K. Edström J. Power Sources 2014 266 275
64. J. Xu S. L. Chou J. L. Wang H. K. Liu S. X. Dou ChemElectroChem 2014 1 371
65. L. G. Chagas D. Buchholz L. Wu B. Vortmann S. Passerini J. Power Sources 2014 247 377
66. H. Yu S. Guo Y. Zhu M. Ishida H. Zhou Chem. Commun. 2014 50 457
67. D. Yuan X. Hu J. Qian F. Pei F. Wu R. Mao X. Ai H. Yang Y. Cao Electrochim. Acta 2014 116 300
68. J. S. Thorne R. A. Dunlap M. N. Obrovac J. Electrochem. Soc. 2012 160 A361
69. B. Mortemard de Boisse D. Carlier M. Guignard C. Delmas J. Electrochem. Soc. 2013 160 A569
70. N. Yabuuchi S. Komaba Sci. Technol. Adv. Mater. 2014 15 043501
71. J. Zhao J. Xu D. H. Lee N. Dimov Y. S. Meng S. Okada J. Power Sources 2014 264 235
72. J. Billaud G. Singh A. R. Armstrong E. Gonzalo V. Roddatis M. Armand T. Rojo P. G. Bruce Energy Environ. Sci. 2014 7 1387
73. J. Wang J. Yang Y. Nuli R. Holze Electrochem. Commun. 2007 9 31
74. T. H. Hwang D. S. Jung J. S. Kim B. G. Kim J. W. Choi Nano Lett. 2013 13 4532
75. J. S. Kim D. Y. Kim G. B. Cho T. H. Nam K. W. Kim H. S. Ryu J. H. Ahn H. J. Ahn J. Power Sources 2009 189 864
76. T. B. Kim W. H. Jung H. S. Ryu K. W. Kim J. H. Ahn K. K. Cho G. B. Cho T. H. Nam I. S. Ahn H. J. Ahn J. Alloys Compd. 2008 449 304
77. J. S. Kim G. B. Cho K. W. Kim J. H. Ahn G. Wang H. J. Ahn Curr. Appl. Phys. 2011 11 S215
78. J. S. Kim H. J. Ahn H. S. Ryu D. J. Kim G. B. Cho K. W. Kim T. H. Nam J. H. Ahn J. Power Sources 2008 178 852
79. P. Barpanda J. N. Chotard N. Recham C. Delacourt M. Ati L. Dupont M. Armand J. M. Tarascon Inorg. Chem. 2010 49 7401
80. P. Barpanda G. Oyama S. I. Nishimura S. C. Chung A. Yamada Nat. Commun. 2014 5 1
81. K. Saravanan C. W. Mason A. Rudola K. H. Wong P. Balaya Adv. Energy Mater. 2013 3 444
82. C. Zhu K. Song P. A. Van Aken J. Maier Y. Yu Nano Lett. 2014 14 2175
83. L. S. Plashnitsa E. Kobayashi Y. Noguchi S. Okada J. Yamaki J. Electrochem. Soc. 2010 157 A536
84. Y. Uebou T. Kiyabu S. Okada J. Ichi Yamaki Rep. Inst. Adv. Mater. Study, Kyushu Univ. 2002 16 1
85. S. Y. Lim H. Kim R. A. Shakoor Y. Jung J. W. Choi J. Electrochem. Soc. 2012 159 A1393
86. Z. Jian L. Zhao H. Pan Y. S. Hu H. Li W. Chen L. Chen Electrochem. Commun. 2012 14 86
87. Z. Jian W. Han X. Lu H. Yang Y. S. Hu J. Zhou Z. Zhou J. Li W. Chen D. Chen L. Chen Adv. Energy Mater. 2013 3 156
88. Y. H. Jung C. H. Lim D. K. Kim J. Mater. Chem. A 2013 1 11350
89. Q. Sun Q. Q. Ren Z. W. Fu Electrochem. Commun. 2012 23 145
90. J. Kang S. Baek V. Mathew J. Gim J. Song H. Park E. Chae A. K. Rai J. Kim J. Mater. Chem. 2012 22 20857
91. Y. Kawabe N. Yabuuchi M. Kajiyama N. Fukuhara T. Inamasu R. Okuyama I. Nakai S. Komaba Electrochem. Commun. 2011 13 1225
92. Y. Lu S. Zhang Y. Li L. Xue G. Xu X. Zhang J. Power Sources 2014 247 770
93. C. Vidal-Abarca P. Lavela J. L. Tirado A. V. Chadwick M. Alfredsson E. Kelder J. Power Sources 2012 197 314
94. Y. U. Park D. H. Seo H. S. Kwon B. Kim J. Kim H. Kim I. Kim H. I. Yoo K. Kang J. Am. Chem. Soc. 2013 135 13870
95. R. K. B. Gover A. Bryan P. Burns J. Barker Solid State Ionics 2006 177 1495
96. J. Barker M. Y. Saidi J. L. Swoyer Electrochem. Solid-State Lett. 2003 6 A1
97. N. Recham J. N. Chotard L. Dupont K. Djellab M. Armand J. M. Tarascon J. Electrochem. Soc. 2009 156 A993
98. H. Zhuo X. Wang A. Tang Z. Liu S. Gamboa P. J. Sebastian J. Power Sources 2006 160 698
99. P. Serras V. Palomares P. Kubiak L. Lezama T. Rojo Electrochem. Commun. 2013 34 344
100. M. Xu P. Xiao S. Stauffer J. Song G. Henkelman J. B. Goodenough Chem. Mater. 2014 26 3089
101. N. Sharma P. Serras V. Palomares H. E. A. Brand J. Alonso P. Kubiak M. L. Fdez-Gubieda T. Rojo Chem. Mater. 2014 26 3391
102. G. Hautier A. Jain H. Chen C. Moore S. P. Ong G. Ceder J. Mater. Chem. 2011 21 17147
103. H. Chen G. Hautier A. Jain C. Moore B. Kang R. Doe L. Wu Y. Zhu Y. Tang G. Ceder Chem. Mater. 2012 24 2009
104. H. Chen G. Hautier G. Ceder J. Am. Chem. Soc. 2012 134 19619
105. H. Chen Q. Hao O. Zivkovic G. Hautier L. Du Y. Tang Y. Hu X. Ma C. P. Grey G. Ceder Chem. Mater. 2013 25 2777
106. C. Wang M. Sawicki S. Emani C. Liu L. Shaw Electrochim. Acta 2015 161 322
107. M. Nose H. Nakayama K. Nobuhara H. Yamaguchi S. Nakanishi H. Iba J. Power Sources 2013 234 175
108. S. Y. Lim H. Kim J. Chung J. H. Lee B. G. Kim J. J. Choi K. Y. Chung W. Cho S. J. Kim W. A. Goddard Y. Jung J. W. Choi Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2014 111 599
109. I. D. Gocheva M. Nishijima T. Doi S. Okada J. Yamaki T. Nishida J. Power Sources 2009 187 247
110. N. Dimov A. Nishimura K. Chihara A. Kitajou I. D. Gocheva S. Okada Electrochim. Acta 2013 110 214
111. Y. Yamada T. Doi I. Tanaka S. Okada J. Yamaki J. Power Sources 2011 196 4837
112. A. Kitajou H. Komatsu K. Chihara I. D. Gocheva S. Okada J. Yamaki J. Power Sources 2012 198 389
113. A. Eftekhari J. Power Sources 2004 126 221
114. L. Wang Y. Lu J. Liu M. Xu J. Cheng D. Zhang J. B. Goodenough Angew. Chem., Int. Ed. 2013 52 1964
115. C. D. Wessells S. V. Peddada M. T. McDowell R. A. Huggins Y. Cui J. Electrochem. Soc. 2012 159 A98
116. C. D. Wessells R. A. Huggins Y. Cui Nat. Commun. 2011 2 550
117. Y. Lu L. Wang J. Cheng J. B. Goodenough Chem. Commun. 2012 48 6544
118. Y. Yue A. J. Binder B. Guo Z. Zhang Z. A. Qiao C. Tian S. Dai Angew. Chem. 2014 126 3198
119. R. Alcántara J. M. Jimeénez Mateos J. L. Tirado J. Electrochem. Soc. 2002 149 A201
120. M. M. Doeff Y. Ma S. J. Visco L. C. De Jonghe J. Electrochem. Soc. 1993 140 169
121. E. Zhecheva R. Stoyanova J. M. Jimenez-Mateos R. Alcántara P. Lavela J. L. Tirado Carbon 2002 40 2301
122. R. Alcántara P. Lavela G. F. Ortiz J. L. Tirado Electrochem. Solid-State Lett. 2005 8 A222
123. R. Alcántara J. M. Jimenez-Mateos P. Lavela J. L. T. Tirado Electrochem. Commun. 2001 3 639
124. P. Thomas J. Ghanbaja D. Billaud H. Poincare I. Nancy Electrochim. Acta 1999 45 423
125. Z. Wang L. Qie L. Yuan W. Zhang X. Hu Y. Huang Carbon 2013 55 328
126. L. Fu K. Tang K. Song P. A. van Aken Y. Yu J. Maier Nanoscale 2014 6 1384
127. D. A. Stevens J. R. Dahn J. Electrochem. Soc. 2001 148 A803
128. S. Komaba W. Murata T. Ishikawa N. Yabuuchi T. Ozeki T. Nakayama A. Ogata K. Gotoh K. Fujiwara Adv. Funct. Mater. 2011 21 3859
129. A. Ponrouch A. R. Goñi M. R. Palacín Electrochem. Commun. 2013 27 85
130. J. Zhao L. Zhao K. Chihara S. Okada J. Yamaki S. Matsumoto S. Kuze K. Nakane J. Power Sources 2013 244 752
131. J. Ding H. Wang Z. Li A. Kohandehghan K. Cui Z. Xu B. Zahiri X. Tan E. M. Lotfabad B. C. Olsen D. Mitlin ACS Nano 2013 7 11004
132. Y. Cao L. Xiao M. L. Sushko W. Wang B. Schwenzer J. Xiao Z. Nie L. V. Saraf Z. Yang J. Liu Nano Lett. 2012 12 3783
133. Y. Liu Y. Xu Y. Zhu J. N. Culver C. A. Lundgren K. Xu C. Wang ACS Nano 2013 7 3627
134. J. Qian X. Wu Y. Cao X. Ai H. Yang Angew. Chem., Int. Ed. 2013 52 4633
135. K. Dai H. Zhao Z. Wang X. Song V. Battaglia G. Liu J. Power Sources 2014 263 276
136. Y. Zhu X. Han Y. Xu Y. Liu S. Zheng K. Xu L. Hu C. Wang ACS Nano 2013 7 6378
137. H. Zhu Z. Jia Y. Chen N. Weadock J. Wan O. Vaaland X. Han T. Li L. Hu Nano Lett. 2013 13 3093
138. M. Mortazavi J. Deng V. B. Shenoy N. V. Medhekar J. Power Sources 2013 225 207
139. H. Xiong M. D. Slater M. Balasubramanian C. S. Johnson T. Rajh J. Phys. Chem. Lett. 2011 2 2560
140. Y. Xu E. M. Lotfabad H. Wang B. Farbod Z. Xu A. Kohandehghan D. Mitlin Chem. Commun. 2013 49 8973
141. S. M. Oh J. Y. Hwang C. S. Yoon J. Lu K. Amine I. Belharouak Y. K. Sun ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 11295
142. P. Senguttuvan G. Rousse V. Seznec J. M. Tarascon M. R. Palacín Chem. Mater. 2011 23 4109
143. A. Rudola K. Saravanan C. W. Mason P. Balaya J. Mater. Chem. A 2013 1 2653
144. W. Wang C. Yu Y. Liu J. Hou H. Zhu S. Jiao RSC Adv. 2013 3 1041
145. Y. Zhang L. Guo S. Yang Chem. Commun. 2014 50 14029
146. H. Yu Y. Ren D. Xiao S. Guo Y. Zhu Y. Qian L. Gu H. Zhou Angew. Chem., Int. Ed. 2014 53 8963
147. A. Rudola K. Saravanan S. Devaraj H. Gong P. Balaya Chem. Commun. 2013 49 7451
148. S. Yuan X. Huang D. Ma H. Wang F. Meng X. Zhang Adv. Mater. 2014 26 2273
149. J. Y. Jang H. Kim Y. Lee K. T. Lee K. Kang N. S. Choi Electrochem. Commun. 2014 44 74
150. A. Ponrouch E. Marchante M. Courty J.-M. Tarascon M. R. Palacín Energy Environ. Sci. 2012 5 8572
151. A. Ponrouch D. Monti A. Boschin B. Steen P. Johansson M. R. Palacín J. Mater. Chem. A 2015 3 22
152. A. Ponrouch R. Dedryvère D. Monti A. E. Demet J. M. Ateba Mba L. Croguennec C. Masquelier P. Johansson M. R. Palacín Energy Environ. Sci. 2013 6 2361
153. D. Monti E. Jónsson M. R. Palacín P. Johansson J. Power Sources 2014 245 630
154. J. Serra Moreno G. Maresca S. Panero B. Scrosati G. B. Appetecchi Electrochem. Commun. 2014 43 1
155. M. Dahbi T. Nakano N. Yabuuchi T. Ishikawa K. Kubota M. Fukunishi S. Shibahara J.-Y. Son Y.-T. Cui H. Oji S. Komaba Electrochem. Commun. 2014 44 66
156. B. Koo H. Kim Y. Cho K. T. Lee N. S. Choi J. Cho Angew. Chem., Int. Ed. 2012 51 8762
157. M. H. Ryou J. Kim I. Lee S. Kim Y. K. Jeong S. Hong J. H. Ryu T. S. Kim J. K. Park H. Lee J. W. Choi Adv. Mater. 2013 25 1571
158. K. Gotoh T. Ishikawa S. Shimadzu N. Yabuuchi S. Komaba K. Takeda A. Goto K. Deguchi S. Ohki K. Hashi T. Shimizu H. Ishida J. Power Sources 2013 225 137
159. Boston Power, http://www.boston-power.com/resources/glossary, accessed November 2014
160. Z. Yang J. Liu S. Baskaran C. H. Imhoff J. D. Holladay JOM 2010 62 14
161. J. J. Lee, in Peer Review and Update Meeting 2014-U.S. Department of Energy Storage Systems Program (ESSP) Peer Review, Washington, D.C., September 2014
162. W. Wang, in Peer Review and Update Meeting 2014-U.S. Department of Energy Energy Storage Systems Program (ESSP) Peer Review, Washington, D.C., September 2014
163. M. Dahbi N. Yabuuchi K. Kubota K. Tokiwa S. Komaba Phys. Chem. Chem. Phys. 2014 16 15007
164. H. Wu G. Chan J. W. Choi I. Ryu Y. Yao M. T. McDowell S. W. Lee A. Jackson Y. Yang L. Hu Y. Cui Nat. Nanotechnol. 2012 7 310
165. T. Mueller G. Hautier A. Jain G. Ceder Chem. Mater. 2011 23 3854