Insights into ionic transport and structural changes in magnetite during multiple-electron transfer reactions

Advanced Energy Materials

Volumn 6, Issue 10, 2016, Pages

  Zhang, Wei ^a   Bock, David C ^a   Pelliccione, Christopher J ^a   Li, Yan ^b   Wu, Lijun ^a   Zhu, Yimei ^a   Marschilok, Amy C ^c,d   Takeuchi, Esther S ^a,c,d   Takeuchi, Kenneth J ^c,d   Wang, Feng ^a  

^a BROOKHAVEN NATIONAL LABORATORY   (United States)

^b AMERICAN PHYSICAL SOCIETY   (United States)

^c Stony Brook University   (United States)

^d STONY BROOK UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

batteries; electron transfer; high capacity electrodes; ionic transport; magnetite

Indexed keywords

CALCULATIONS; ELECTRON TRANSITIONS; ELECTRONS; IONIC CONDUCTION; IONS; IRON OXIDES; LITHIUM; MAGNETITE; METALS; NEGATIVE IONS; POSITIVE IONS; SOLAR CELLS;

AB INITIO CALCULATIONS; ELECTROCHEMICAL REACTIONS; ELECTRON BEAM TECHNIQUE; ELECTRON TRANSFER; HIGH LITHIUM STORAGES; HIGH-CAPACITY ELECTRODES; IONIC TRANSPORTS; MULTIPLE ELECTRON TRANSFER;

IRON COMPOUNDS;

EID: 84959918268     PISSN: 16146832     EISSN: 16146840     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/aenm.201502471     Document Type: Article

References (69)

1. J.-M. Tarascon, M. Armand, Nature 2001, 414, 359.
2. M. Armand, J.-M. Tarascon, Nature 2008, 451, 652.
3. X.-P. Gao, H.-X. Yang, Energy Environ. Sci. 2010, 3, 174.
4. a) G. G. Amatucci, N. Pereira, J. Fluorine Chem. 2007, 128, 243;
5. b) H. Liu, G. Wang, J. Wang, D. Wexler, Electrochem. Commun. 2008, 10, 1879;
6. c) R. Malini, U. Uma, T. Sheela, M. Ganesan, N. Renganathan, Ionics 2009, 15, 301;
7. d) T. Muraliganth, A. V. Murugan, A. Manthiram, Chem. Commun. 2009, 175, 7360;
8. e) P. Poizot, S. Laruelle, S. Grugeon, L. Dupont, J. Tarascon, Nature 2000, 407, 496;
9. f) D. Larcher, D. Bonnin, R. Cortes, I. Rivals, L. Personnaz, J.M. Tarascon, J. Electrochem. Soc. 2003, 150, A1643;
10. g) M. S. Whittingham, Chem. Rev. 2004, 104, 4271;
11. h) M. S. Whittingham, Chem. Rev. 2014, 114, 11414.
12. a) N. Pereira, F. Badway, M. Wartelsky, S. Gunn, G. G. Amatucci, J. Electrochem. Soc. 2009, 156, A407;
13. b) F. Wang, S.-W. Kim, D.-H. Seo, K. Kang, L. Wang, D. Su, J. J. Vajo, J. Wang, J. Graetz, Nat. Commun. 2015, 6, 66688;
14. c) S. W. Kim, N. Pereira, N. A. Chernova, F. Omenya, P. Gao, M. S. Whittingham, G. G. Amatucci, D. Su, F. Wang, ACS Nano 2015, 9, 10076.
15. a) J. Cabana, L. Monconduit, D. Larcher, M. R. Palacin, Adv. Mater. 2010, 22, E170;
16. b) S. Hussain, K. Hess, J. Gearhart, K. Geiss, J. Schlager, Toxicol. In Vitro 2005, 19, 975.
17. a) P.-L. Taberna, S. Mitra, P. Poizot, P. Simon, J.-M. Tarascon, Nat. Mater. 2006, 5, 567;
18. b) W.-M. Zhang, X.-L. Wu, J.-S. Hu, Y.-G. Guo, L.-J. Wan, Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 3941.
19. a) Z.-S. Wu, W. Ren, L. Wen, L. Gao, J. Zhao, Z. Chen, G. Zhou, F. Li, H.-M. Cheng, ACS Nano 2010, 4, 3187;
20. b) W.-Y. Li, L.-N. Xu, J. Chen, Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 851.
21. H. Wang, L.-F. Cui, Y. Yang, H. Sanchez Casalongue, J. T. Robinson, Y. Liang, Y. Cui, H. Dai, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 13978.
22. a) J. B. Goodenough, K.-S. Park, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 1167;
23. b) M. M. Thackeray, J. Am. Chem. Soc. 1999, 82, 3347.
24. A. Bruck, C. Cama, C. Gannett, A. C. Marschilok, E. S. Takeuchi, K. J. Takeuchi, Inorg. Chem. Front. 2016, 3, 26.
25. a) K. W. Knehr, N. W. Brady, C. A. Cama, D. C. Bock, Z. Lin, C. N. Lininger, A. C. Marschilok, K. J. Takeuchi, E. S. Takeuchi, A. C. West, J. Electrochem. Soc. 2015, 162, A2817;
26. b) K. W. Knehr, N. W. Brady, C. N. Lininger, C. A. Cama, D. C. Bock, Z. Lin, A. C. Marschilok, K. J. Takeuchi, E. S. Takeuchi, A. C. West, ECS Trans. 2015, 69, 7;
27. c) D. C. Bock, K. C. Kirshenbaum, J. Wang, W. Zhang, F. Wang, J. Wang, A. C. Marschilok, K. J. Takeuchi, E. S. Takeuchi, ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 13457.
28. a) M. Thackeray, W. David, J. Goodenough, Mater. Res. Bull. 1982, 17, 785;
29. b) J. Fontcuberta, J. Rodriguez, M. Pernet, G. Longworth, J. Goodenough, J. Appl. Phys. 1986, 59, 1918;
30. c) T. Yamada, K. Morita, K. Kume, H. Yoshikawa, K. Awaga, J. Mater. Chem. C 2014, 2, 5183;
31. d) M. C. Menard, K. J. Takeuchi, A. C. Marschilok, E. S. Takeuchi, Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 18539.
32. a) M. Thackeray, L. De Picciotto, A. De Kock, P. Johnson, V. Nicholas, K. Adendorff, J. Power Sources 1987, 21, 1;
33. b) M. Islam, C. Catlow, J. Solid State Chem. 1988, 77, 180.
34. M. Thackeray, J. Coetzer, Mater. Res. Bull. 1981, 16, 591.
35. N. Godshall, I. Raistrick, R. Huggins, J. Electrochem. Soc. 1984, 131, 543.
36. J. Coey, A. Berkowitz, L. Balcells, F. Putris, F. Parker, Appl. Phys. Lett. 1998, 72, 734.
37. a) F. Wang, R. Egerton, M. Malac, R. A. McLeod, M. S. Moreno, J. Appl. Phys., 2008, 104, 034906;
38. b) F. Wang, J. Graetz, M. S. Moreno, C. Ma, L. Wu, V. Volkov, Y. Zhu, ACS Nano, 2011. 5, 1190;
39. c) R. Robert, N. A. Chernova, N. Pereira, F. Omenya, F. Badway, X. Hua, M. Ruotolo, R. Zhang, L. Wu, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 18828.
40. R. Ishikawa, E. Okunishi, H. Sawada, Y. Kondo, F. Hosokawa, E. Abe, Nat. Mater. 2011, 10, 278.
41. L. Gu, C. Zhu, H. Li, Y. Yu, C. Li, S. Tsukimoto, J. Maier, Y. Ikuhara, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 4661.
42. Y. Orikasa, T. Maeda, Y. Koyama, H. Murayama, K. Fukuda, H. Tanida, H. Arai, E. Matsubara, Y. Uchimoto, Z. Ogumi, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 5497.
43. F. Wang, H.-C. Yu, M.-H. Chen, L. Wu, N. Pereira, K. Thornton, A. Van der Ven, Y. Zhu, G. G. Amatucci, J. Graetz, Nat. Commun. 2015, 3, 1201.
44. C. Colliex, T. Manoubi, C. Ortiz, Phys. Rev. B 1991, 44, 11402.
45. a) G. Shulman, Y. Yafet, P. Eisenberger, W. Blumberg, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1976, 73, 1384;
46. b) A. Roe, D. Schneider, R. Mayer, J. Pyrz, J. Widom, L. Que Jr,., J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 1676;
47. c) M. Wilke, F. Farges, P.-E. Petit, G. E. Brown, F. Martin, Am. Mineral. 2001, 86, 714.
48. T. E. Westre, P. Kennepohl, J. G. DeWitt, B. Hedman, K. O. Hodgson, E. I. Solomon, J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 6297.
49. a) R. F. Mehl, E. L. McCandless, F. N. Rhines, Nature 1934, 134, 1009;
50. b) L. Collins, O. Heavens, Proc. Phys. Soc., Sect. B. 1957, 70, 265;
51. c) S. Corkovic, A. R. Pyzalla, Mater. Corros. 2004, 55, 341.
52. M. Thackeray, Nat. Mater. 2002, 1, 81.
53. J. K. Ko, K. M. Wiaderek, N. Pereira, T. L. Kinnibrugh, J. R. Kim, P. J. Chupas, K. W. Chapman, G. G. Amatucci, ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 10858.
54. P. Jensen, Rev. Mod. Phys. 1999, 71, 1695.
55. D.-Q. Yang, E. Sacher, Surf. Sci. 2002, 516, 43.
56. a) K. E. Lehtinen, M. R. Zachariah, J. Aerosol Sci. 2002, 33, 357;
57. b) M. R. Zachariah, M. J. Carrier, J. Aerosol Sci. 1999, 30, 1139.
58. J. Lee, A. Urban, X. Li, D. Su, G. Hautier, G. Ceder, Science 2014, 343, 519.
59. a) S. Zhu, A. C. Marschilok, E. S. Takeuchi, K. J. Takeuchi, Electrochem. Solid-State Lett. 2009, 12, A91;
60. b) S. Zhu, A. C. Marschilok, E. S. Takeuchi, G. T. Yee, G. Wang, K. J. Takeuchi, J. Electrochem. Soc. 2010, 157, A1158.
61. a) M. J. Newville, J. Synchrotron Radiat. 2001, 8, 322;
62. b) B. Ravel, M. J. Newville, J. Synchrotron Radiat. 2005, 12, 537.
63. a) J. J. Rehr, J. Mustre de Leon, S. I. Zabinsky, R. C. Albers, J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 5135;
64. b) J. Mustre de Leon, J. J. Rehr, S. I. Zabinsky, R. C. Albers, Phys. Rev. 1991, B44, 4146.
65. M. Fleet, Acta Crystallogr., Sect. C: Cryst. Struct. Commun. 1984, 40, 1491.
66. E. R. Jette, F. Foote, J. Chem. Phys. 1933, 1, 29.
67. Z. Basinski, W. Hume-Rothery, A. Sutton, Proc. R. Soc. London, Ser. A 1955, 229, 1179.
68. E. D. Bloch, W. L. Queen, R. Krishna, J. M. Zadrozny, C. M. Brown, J. R. Long, Science 2012, 335, 1606.
69. G. Kresse, J. Hafner, Phys. Rev. B 1994, 49, 14251.