High Ionic Conductivity of Composite Solid Polymer Electrolyte via in Situ Synthesis of Monodispersed SiO2 Nanospheres in Poly(ethylene oxide)

Nano Letters

Volumn 16, Issue 1, 2016, Pages 459-465

  Lin, Dingchang ^a   Liu, Wei ^a   Liu, Yayuan ^a   Lee, Hye Ryoung ^a   Hsu, Po Chun ^a   Liu, Kai ^a   Cui, Yi ^a,b  

^a Stanford University   (United States)

^b SLAC NATIONAL ACCELERATOR LABORATORY   (United States)

Author keywords

in situ synthesis; ionic conductivity; poly(ethylene oxide); silica nanosphere; Solid composite polymer electrolyte

Indexed keywords

BLENDING; CERAMIC MATERIALS; ELECTRIC BATTERIES; ELECTROLYTES; ETHYLENE; FILLED POLYMERS; FILLERS; IONIC CONDUCTION IN SOLIDS; IONIC CONDUCTIVITY; LITHIUM BATTERIES; NANOSPHERES; POLYETHYLENE OXIDES; POLYMERS; SECONDARY BATTERIES; SOLID ELECTROLYTES; SYNTHESIS (CHEMICAL);

ALL-SOLID-STATE LITHIUM BATTERY; COMPOSITE POLYMER ELECTROLYTES; ELECTROCHEMICAL STABILITIES; IN-SITU SYNTHESIS; POLY (ETHYLENE OXIDE) (PEO); RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY; SILICA NANOSPHERES; SOLID COMPOSITES;

POLYELECTROLYTES;

EID: 84957872331     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b04117     Document Type: Article

References (67)

1. Tarascon, J. M.; Armand, M. Nature 2001, 414 (6861) 359-367 10.1038/35104644
2. Armand, M.; Tarascon, J. M. Nature 2008, 451 (7179) 652-657 10.1038/451652a
3. Xu, K. Chem. Rev. 2004, 104 (10) 4303-4418 10.1021/cr030203g
4. Xu, K. Chem. Rev. 2014, 114 (23) 11503-11618 10.1021/cr500003w
5. Wu, H.; Chan, G.; Choi, J. W.; Ryu, I.; Yao, Y.; McDowell, M. T.; Lee, S. W.; Jackson, A.; Yang, Y.; Hu, L.; Cui, Y. Nat. Nanotechnol. 2012, 7 (5) 310-315 10.1038/nnano.2012.35
6. Liu, N.; Lu, Z.; Zhao, J.; McDowell, M. T.; Lee, H.-W.; Zhao, W.; Cui, Y. Nat. Nanotechnol. 2014, 9 (3) 187-192 10.1038/nnano.2014.6
7. Lin, D.; Lu, Z.; Hsu, P.-C.; Lee, H. R.; Liu, N.; Zhao, J.; Wang, H.; Liu, C.; Cui, Y. Energy Environ. Sci. 2015, 8 (8) 2371-2376 10.1039/C5EE01363A
8. Ding, F.; Xu, W.; Graff, G. L.; Zhang, J.; Sushko, M. L.; Chen, X.; Shao, Y.; Engelhard, M. H.; Nie, Z.; Xiao, J.; Liu, X.; Sushko, P. V.; Liu, J.; Zhang, J.-G. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135 (11) 4450-4456 10.1021/ja312241y
9. Zheng, G.; Lee, S. W.; Liang, Z.; Lee, H.-W.; Yan, K.; Yao, H.; Wang, H.; Li, W.; Chu, S.; Cui, Y. Nat. Nanotechnol. 2014, 9 (8) 618-623 10.1038/nnano.2014.152
10. Yan, K.; Lee, H.-W.; Gao, T.; Zheng, G.; Yao, H.; Wang, H.; Lu, Z.; Zhou, Y.; Liang, Z.; Liu, Z.; Chu, S.; Cui, Y. Nano Lett. 2014, 14 (10) 6016-6022 10.1021/nl503125u
11. Qian, J.; Henderson, W. A.; Xu, W.; Bhattacharya, P.; Engelhard, M.; Borodin, O.; Zhang, J.-G. Nat. Commun. 2015, 6, 6362 10.1038/ncomms7362
12. Sun, Y.-K.; Myung, S.-T.; Park, B.-C.; Prakash, J.; Belharouak, I.; Amine, K. Nat. Mater. 2009, 8 (4) 320-324 10.1038/nmat2418
13. Ji, X.; Lee, K. T.; Nazar, L. F. Nat. Mater. 2009, 8 (6) 500-506 10.1038/nmat2460
14. Wei Seh, Z.; Li, W.; Cha, J. J.; Zheng, G.; Yang, Y.; McDowell, M. T.; Hsu, P.-C.; Cui, Y. Nat. Commun. 2013, 4, 1331 10.1038/ncomms2327
15. Croce, F.; Appetecchi, G. B.; Persi, L.; Scrosati, B. Nature 1998, 394 (6692) 456-458 10.1038/28818
16. Gadjourova, Z.; Andreev, Y. G.; Tunstall, D. P.; Bruce, P. G. Nature 2001, 412 (6846) 520-523 10.1038/35087538
17. Wright, P. V. Br. Polym. J. 1975, 7 (5) 319-327 10.1002/pi.4980070505
18. Berthier, C.; Gorecki, W.; Minier, M.; Armand, M. B.; Chabagno, J. M.; Rigaud, P. Solid State Ionics 1983, 11 (1) 91-95 10.1016/0167-2738(83)90068-1
19. Armand, M. Solid State Ionics 1983, 9-10, 745-754 10.1016/0167-2738(83)90083-8
20. Bates, J. B.; Dudney, N. J.; Neudecker, B.; Ueda, A.; Evans, C. D. Solid State Ionics 2000, 135 (1-4) 33-45 10.1016/S0167-2738(00)00327-1
21. Kanno, R.; Murayama, M. J. Electrochem. Soc. 2001, 148 (7) A742-A746 10.1149/1.1379028
22. Kamaya, N.; Homma, K.; Yamakawa, Y.; Hirayama, M.; Kanno, R.; Yonemura, M.; Kamiyama, T.; Kato, Y.; Hama, S.; Kawamoto, K.; Mitsui, A. Nat. Mater. 2011, 10 (9) 682-686 10.1038/nmat3066
23. Thangadurai, V.; Weppner, W. J. Am. Ceram. Soc. 2005, 88 (2) 411-418 10.1111/j.1551-2916.2005.00060.x
24. Murugan, R.; Thangadurai, V.; Weppner, W. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46 (41) 7778-7781 10.1002/anie.200701144
25. Bohnke, O. Solid State Ionics 2008, 179 (1-6) 9-15 10.1016/j.ssi.2007.12.022
26. Stone, G. M.; Mullin, S. A.; Teran, A. A.; Hallinan, D. T.; Minor, A. M.; Hexemer, A.; Balsara, N. P. J. Electrochem. Soc. 2012, 159 (3) A222-A227 10.1149/2.030203jes
27. Osaka, T.; Homma, T.; Momma, T.; Yarimizu, H. J. Electroanal. Chem. 1997, 421 (1-2) 153-156 10.1016/S0022-0728(96)04870-X
28. Harry, K. J.; Hallinan, D. T.; Parkinson, D. Y.; MacDowell, A. A.; Balsara, N. P. Nat. Mater. 2013, 13 (1) 69-73 10.1038/nmat3793
29. Hallinan, D. T.; Balsara, N. P. Annu. Rev. Mater. Res. 2013, 43 (1) 503-525 10.1146/annurev-matsci-071312-121705
30. Manuel Stephan, A. Eur. Polym. J. 2006, 42 (1) 21-42 10.1016/j.eurpolymj.2005.09.017
31. Cao, J.; Wang, L.; He, X.; Fang, M.; Gao, J.; Li, J.; Deng, L.; Chen, H.; Tian, G.; Wang, J.; Fan, S. J. Mater. Chem. A 2013, 1 (19) 5955-5961 10.1039/c3ta00086a
32. Wang, Q.; Song, W.-L.; Fan, L.-Z.; Shi, Q. J. Power Sources 2015, 279, 405-412 10.1016/j.jpowsour.2015.01.035
33. Ryou, M.-H.; Lee, Y. M.; Cho, K. Y.; Han, G.-B.; Lee, J.-N.; Lee, D. J.; Choi, J. W.; Park, J.-K. Electrochim. Acta 2012, 60, 23-30 10.1016/j.electacta.2011.10.072
34. Singh, M.; Odusanya, O.; Wilmes, G. M.; Eitouni, H. B.; Gomez, E. D.; Patel, A. J.; Chen, V. L.; Park, M. J.; Fragouli, P.; Iatrou, H.; Hadjichristidis, N.; Cookson, D.; Balsara, N. P. Macromolecules 2007, 40 (13) 4578-4585 10.1021/ma0629541
35. Wanakule, N. S.; Panday, A.; Mullin, S. A.; Gann, E.; Hexemer, A.; Balsara, N. P. Macromolecules 2009, 42 (15) 5642-5651 10.1021/ma900401a
36. Gomez, E. D.; Panday, A.; Feng, E. H.; Chen, V.; Stone, G. M.; Minor, A. M.; Kisielowski, C.; Downing, K. H.; Borodin, O.; Smith, G. D.; Balsara, N. P. Nano Lett. 2009, 9 (3) 1212-1216 10.1021/nl900091n
37. Choi, I.; Ahn, H.; Park, M. J. Macromolecules 2011, 44 (18) 7327-7334 10.1021/ma200796k
38. Bouchet, R.; Maria, S.; Meziane, R.; Aboulaich, A.; Lienafa, L.; Bonnet, J.-P.; Phan, T. N. T.; Bertin, D.; Gigmes, D.; Devaux, D.; Denoyel, R.; Armand, M. Nat. Mater. 2013, 12 (5) 452-457 10.1038/nmat3602
39. Sun, J.; Liao, X.; Minor, A. M.; Balsara, N. P.; Zuckermann, R. N. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136 (42) 14990-14997 10.1021/ja5080689
40. Wright, P. V.; Zheng, Y.; Bhatt, D.; Richardson, T.; Ungar, G. Polym. Int. 1998, 47 (1) 34-42 10.1002/(SICI)1097-0126(199809)47:1<34::AID-PI2>3.0.CO;2-G
41. Chung, S. H.; Wang, Y.; Greenbaum, S. G.; Golodnitsky, D.; Peled, E. Electrochem. Solid-State Lett. 1999, 2 (11) 553-555 10.1149/1.1390901
42. Yang, L.-Y.; Wei, D.-X.; Xu, M.; Yao, Y.-F.; Chen, Q. Angew. Chem. 2014, 126 (14) 3705-3709 10.1002/ange.201307423
43. Depre, L.; Kappel, J.; Popall, M. Electrochim. Acta 1998, 43 (10-11) 1301-1306 10.1016/S0013-4686(97)10034-2
44. Honma, I.; Hirakawa, S.; Yamada, K.; Bae, J. M. Solid State Ionics 1999, 118 (1-2) 29-36 10.1016/S0167-2738(98)00450-0
45. Gupta, R. K.; Jung, H. Y.; Whang, C. M. J. Mater. Chem. 2002, 12 (12) 3779-3782 10.1039/b205335g
46. Wieczorek, W.; Raducha, D.; Zalewska, A.; Stevens, J. R. J. Phys. Chem. B 1998, 102 (44) 8725-8731 10.1021/jp982403f
47. Scrosati, B.; Croce, F.; Persi, L. J. Electrochem. Soc. 2000, 147 (5) 1718-1721 10.1149/1.1393423
48. Scrosati, B.; Croce, F.; Panero, S. J. Power Sources 2001, 100 (1-2) 93-100 10.1016/S0378-7753(01)00886-2
49. Croce, F.; Persi, L.; Scrosati, B.; Serraino-Fiory, F.; Plichta, E.; Hendrickson, M. A. Electrochim. Acta 2001, 46 (16) 2457-2461 10.1016/S0013-4686(01)00458-3
50. Chen-Yang, Y. W.; Chen, Y. T.; Chen, H. C.; Lin, W. T.; Tsai, C. H. Polymer 2009, 50 (13) 2856-2862 10.1016/j.polymer.2009.04.023
51. Tang, C.; Hackenberg, K.; Fu, Q.; Ajayan, P. M.; Ardebili, H. Nano Lett. 2012, 12 (3) 1152-1156 10.1021/nl202692y
52. Gurevitch, I.; Buonsanti, R.; Teran, A. A.; Gludovatz, B.; Ritchie, R. O.; Cabana, J.; Balsara, N. P. J. Electrochem. Soc. 2013, 160 (9) A1611-A1617 10.1149/2.117309jes
53. Zhu, Z.; Hong, M.; Guo, D.; Shi, J.; Tao, Z.; Chen, J. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136 (47) 16461-16464 10.1021/ja507852t
54. Gowneni, S.; Ramanjaneyulu, K.; Basak, P. ACS Nano 2014, 8 (11) 11409-11424 10.1021/nn504472v
55. Wieczorek, W.; Stevens, J. R.; Florjańczyk, Z. Solid State Ionics 1996, 85 (1-4) 67-72 10.1016/0167-2738(96)00042-2
56. Marcinek, M.; Bac, A.; Lipka, P.; Zalewska, A.; Zukowska, G.; Borkowska, R.; Wieczorek, W. J. Phys. Chem. B 2000, 104 (47) 11088-11093 10.1021/jp0021493
57. Yokoi, T.; Sakamoto, Y.; Terasaki, O.; Kubota, Y.; Okubo, T.; Tatsumi, T. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128 (42) 13664-13665 10.1021/ja065071y
58. Wang, J.; Sugawara-Narutaki, A.; Fukao, M.; Yokoi, T.; Shimojima, A.; Okubo, T. ACS Appl. Mater. Interfaces 2011, 3 (5) 1538-1544 10.1021/am200104m
59. Hartlen, K. D.; Athanasopoulos, A. P. T.; Kitaev, V. Langmuir 2008, 24 (5) 1714-1720 10.1021/la7025285
60. Salomon, M.; Xu, M.; Eyring, E. M.; Petrucci, S. J. Phys. Chem. 1994, 98 (33) 8234-8244 10.1021/j100084a047
61. Xiong, H.-M.; Zhao, X.; Chen, J.-S. J. Phys. Chem. B 2001, 105 (42) 10169-10174 10.1021/jp0103169
62. Wang, X.-L.; Fan, L.-Z.; Mei, A.; Ma, F.-Y.; Lin, Y.-H.; Nan, C.-W. Electrochim. Acta 2008, 53 (5) 2448-2452 10.1016/j.electacta.2007.10.022
63. Park, C. H.; Kim, D. W.; Prakash, J.; Sun, Y.-K. Solid State Ionics 2003, 159 (1-2) 111-119 10.1016/S0167-2738(03)00025-0
64. Croce, F.; Sacchetti, S.; Scrosati, B. J. Power Sources 2006, 162 (1) 685-689 10.1016/j.jpowsour.2006.07.038
65. Hallinan, D. T.; Mullin, S. A.; Stone, G. M.; Balsara, N. P. J. Electrochem. Soc. 2013, 160 (3) A464-A470 10.1149/2.030303jes
66. Soo, P. P.; Huang, B.; Jang, Y. I.; Chiang, Y. M.; Sadoway, D. R.; Mayes, A. M. J. Electrochem. Soc. 1999, 146 (1) 32-37 10.1149/1.1391560
67. Peled, E.; Golodnitsky, D.; Ardel, G. J. Electrochem. Soc. 1997, 144 (8) L208-L210 10.1149/1.1837858