Advances in the Application of Silicon and Germanium Nanowires for High-Performance Lithium-Ion Batteries

Advanced Materials

Volumn 28, Issue 27, 2016, Pages 5696-5704

  Kennedy, Tadhg ^a   Brandon, Michael ^a   Ryan, Kevin M ^a  

^a UNIVERSITY OF LIMERICK   (Ireland)

Author keywords

germanium nanowires; high capacity anodes; Li alloying; Li ion batteries; silicon nanowires

Indexed keywords

ALLOYING; ANODES; BINDERS; GERMANIUM; IONS; LITHIUM ALLOYS; NANOWIRES; SILICON; WELDING ELECTRODES;

CONDUCTIVE ADDITIVES; GERMANIUM NANOWIRES; HIGH CAPACITY ANODE; HIGH-PERFORMANCE LITHIUM-ION BATTERIES; LITHIATION/DELITHIATION; NANOWIRE ELECTRODES; SI AND GE NANOWIRES; SILICON NANOWIRES;

LITHIUM-ION BATTERIES;

EID: 84978915519     PISSN: 09359648     EISSN: 15214095     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adma.201503978     Document Type: Article

References (91)

1. N. Dimov, in Lithium Ion Batteries, Science and Technologies, (Eds: M. Yoshio, R. J. Brodd, A. Kozawa), Springer, New York 2009, p. 241.
2. U. Kasavajjula, C. Wang, A. J. Appleby, J. Power Sources 2007, 163, 1003.
3. Y. Yang, M. T. McDowell, A. Jackson, J. J. Cha, S. S. Hong, Y. Cui, Nano Lett. 2010, 10, 1486.
4. J. Gao, H. D. Abruña, J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 882.
5. A. Rosenman, E. Markevich, G. Salitra, D. Aurbach, A. Garsuch, F. F. Chesneau, Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1500212, DOI: 10.1002/aenm.201500212.
6. C. K. Chan, H. Peng, G. Liu, K. McIlwrath, X. F. Zhang, R. A. Huggins, Y. Cui, Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 31.
7. A. M. Chockla, T. D. Bogart, C. M. Hessel, K. C. Klavetter, C. B. Mullins, B. A. Korgel, J. Phys. Chem. C 2012, 116, 18079;
8. J. Liu, P. Kopold, P. A. van Aken, J. Maier, Y. Yu, Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 9632;
9. Y. Yu, L. Gu, X. Lang, C. Zhu, T. Fujita, M. Chen, J. Maier, Adv. Mater. 2011, 23, 2443.
10. C. K. Chan, X. F. Zhang, Y. Cui, Nano Lett. 2008, 8, 307.
11. X. Su, Q. Wu, J. Li, X. Xiao, A. Lott, W. Lu, B. W. Sheldon, J. Wu, Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1300882;
12. N.-S. Choi, Y. Yao, Y. Cui, J. Cho, J. Mater. Chem. 2011, 21, 9825.
13. H. Wu, Y. Cui, Nano Today 2012, 7, 414.
14. E. Garnett, P. Yang, Nano Lett. 2010, 10, 1082;
15. C.-M. Hsu, S. T. Connor, M. X. Tang, Y. Cui, Appl. Phys. Lett. 2008, 93, 133109;
16. X. Li, Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2012, 16, 71.
17. M. R. Zamfir, H. T. Nguyen, E. Moyen, Y. H. Lee, D. Pribat, J. Mater. Chem. A 2013, 1, 9566.
18. R. Wagner, W. Ellis, Appl. Phys. Lett. 1964, 4, 89.
19. G. Bootsma, H. Gassen, J. Cryst. Growth 1971, 10, 223;
20. T. Hanrath, B. A. Korgel, Adv. Mater. 2003, 15, 437;
21. A. T. Heitsch, D. D. Fanfair, H.-Y. Tuan, B. A. Korgel, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5436;
22. T. Kamins, R. S. Williams, D. Basile, T. Hesjedal, J. Harris, J. Appl. Phys. 2001, 89, 1008;
23. S. Kodambaka, J. Tersoff, M. Reuter, F. Ross, Science 2007, 316, 729;
24. H.-Y. Tuan, D. C. Lee, T. Hanrath, B. A. Korgel, Chem. Mater. 2005, 17, 5705.
25. C. A. Barrett, C. Dickinson, S. Ahmed, T. Hantschel, K. Arstila, K. M. Ryan, Nanotechnology 2009, 20, 275605;
26. G. Collins, M. Koleśnik, V. Krstic, J. D. Holmes, Chem. Mater. 2010, 22, 5235;
27. A. T. Heitsch, V. A. Akhavan, B. A. Korgel, Chem. Mater. 2011, 23, 2697;
28. F.-W. Yuan, H.-J. Yang, H.-Y. Tuan, J. Mater. Chem. 2011, 21, 13793.
29. A. M. Morales, C. M. Lieber, Science 1998, 279, 208.
30. H. Geaney, C. Dickinson, C. A. Barrett, K. M. Ryan, Chem. Mater. 2011, 23, 4838;
31. H. Geaney, C. Dickinson, C. O'Dwyer, E. Mullane, A. Singh, K. M. Ryan, Chem. Mater. 2012, 24, 4319.
32. H. Geaney, T. Kennedy, C. Dickinson, E. Mullane, A. Singh, F. Laffir, K. M. Ryan, Chem. Mater. 2012, 24, 2204;
33. H. Geaney, E. Mullane, Q. M. Ramasse, K. M. Ryan, Nano Lett. 2013, 13, 1675;
34. H. Geaney, E. Mullane, K. M. Ryan, J. Mater. Chem. C 2013, 1, 4996;
35. E. Mullane, H. Geaney, K. M. Ryan, Chem. Commun. 2012, 48, 5446;
36. E. Mullane, T. Kennedy, H. Geaney, C. Dickinson, K. M. Ryan, Chem. Mater. 2013, 25, 1816;
37. M. Bezuidenhout, T. Kennedy, S. Belochapkine, Y. Guo, E. Mullane, P. A. Kiely, K. M. Ryan, J. Mater. Chem. C 2015, 3, 7455.
38. E. Mullane, T. Kennedy, H. Geaney, K. M. Ryan, ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 18800.
39. L. Baggetto, E. J. Hensen, P. H. Notten, Electrochim. Acta 2010, 55, 7074;
40. L. Baggetto, P. H. L. Notten, J. Electrochem. Soc. 2009, 156, A169;
41. J. Graetz, C. Ahn, R. Yazami, B. Fultz, J. Electrochem. Soc. 2004, 151, A698.
42. X. H. Liu, S. Huang, S. T. Picraux, J. Li, T. Zhu, J. Y. Huang, Nano Lett. 2011, 11, 3991.
43. J. Yang, M. Winter, J. Besenhard, Solid State Ionics 1996, 90, 281.
44. R. A. Huggins, W. D. Nix, Ionics 2000, 6, 57;
45. X. H. Liu, L. Zhong, S. Huang, S. X. Mao, T. Zhu, J. Y. Huang, ACS Nano 2012, 6, 1522;
46. J. Graetz, C. Ahn, R. Yazami, B. Fultz, Electrochem. Solid-State Lett. 2003, 6, A194.
47. R. Deshpande, Y.-T. Cheng, M. W. Verbrugge, J. Power Sources 2010, 195, 5081.
48. J. W. Choi, Y. Cui, W. D. Nix, J. Mech. Phys. Solids 2011, 59, 1717.
49. S. W. Lee, M. T. McDowell, J. W. Choi, Y. Cui, Nano Lett. 2011, 11, 3034.
50. S. W. Lee, I. Ryu, W. D. Nix, Y. Cui, Extreme Mech. Lett. 2015, 2, 15.
51. J.-H. Cho, S. T. Picraux, Nano Lett. 2013, 13, 5740.
52. J.-H. Cho, S. T. Picraux, Nano Lett. 2014, 14, 3088.
53. M. T. McDowell, S. W. Lee, I. Ryu, H. Wu, W. D. Nix, J. W. Choi, Y. Cui, Nano Lett. 2011, 11, 4018.
54. A. Gohier, B. Laïk, J.-P. Pereira-Ramos, C. S. Cojocaru, P. Tran-Van, J. Power Sources 2012, 203, 135.
55. E. L. Memarzadeh, W. P. Kalisvaart, A. Kohandehghan, B. Zahiri, C. M. B. Holt, D. Mitlin, J. Mater. Chem. 2012, 22, 6655.
56. C. K. Chan, R. Ruffo, S. S. Hong, Y. Cui, J. Power Sources 2009, 189, 1132.
57. C. Pereira-Nabais, J. ŚSwiatowska, A. Chagnes, A. Gohier, S. Zanna, A. Seyeux, P. Tran-Van, C.-S. Cojocaru, M. Cassir, P. Marcus, J. Phys. Chem. C 2014, 118, 2919.
58. T. Kennedy, E. Mullane, H. Geaney, M. Osiak, C. O'Dwyer, K. M. Ryan, Nano Lett. 2014, 14, 716.
59. L. Chen, K. Wang, X. Xie, J. Xie, J. Power Sources 2007, 174, 538;
60. X. Chen, X. Li, D. Mei, J. Feng, M. Y. Hu, J. Hu, M. Engelhard, J. Zheng, W. Xu, J. Xiao, J. Liu, J.-G. Zhang, ChemSusChem 2014, 7, 549;
61. S. Dalavi, P. Guduru, B. L. Lucht, J. Electrochem. Soc. 2012, 159, A642;
62. V. Etacheri, O. Haik, Y. Goffer, G. A. Roberts, I. C. Stefan, R. Fasching, D. Aurbach, Langmuir 2012, 28, 965;
63. I. A. Profatilova, C. Stock, A. Schmitz, S. Passerini, M. Winter, J. Power Sources 2013, 222, 140.
64. Y.-G. Ryu, S. Lee, S. Mah, D. J. Lee, K. Kwon, S. Hwang, S. Doo, J. Electrochem. Soc. 2008, 155, A583;
65. S.-W. Song, S.-W. Baek, Electrochem. Solid-State Lett. 2009, 12, A23.
66. J. W. Choi, J. McDonough, S. Jeong, J. S. Yoo, C. K. Chan, Y. Cui, Nano Lett. 2010, 10, 1409.
67. L. Hu, H. Wu, Y. Gao, A. Cao, H. Li, J. McDough, X. Xie, M. Zhou, Y. Cui, Adv. Energy Mater. 2011, 1, 523;
68. M. Ge, S. Kim, A. Nie, R. Shahbazian-Yassar, M. Mecklenburg, Y. Lu, X. Fang, C. Shen, J. Rong, S. Y. Park, Nanotechnology 2015, 26, 255702;
69. F.-W. Yuan, H.-J. Yang, H.-Y. Tuan, ACS Nano 2012, 6, 9932.
70. J. Erlebacher, M. J. Aziz, A. Karma, N. Dimitrov, K. Sieradzki, Nature 2001, 410, 450;
71. J. Weissmüller, R. C. Newman, H.-J. Jin, A. M. Hodge, J. W. Kysar, MRS Bull. 2009, 34, 577.
72. K. Karki, E. Epstein, J.-H. Cho, Z. Jia, T. Li, S. T. Picraux, C. Wang, J. Cumings, Nano Lett. 2012, 12, 1392.
73. I. A. Courtney, W. McKinnon, J. Dahn, J. Electrochem. Soc. 1999, 146, 59.
74. H. Li, X. Huang, L. Chen, G. Zhou, Z. Zhang, D. Yu, Y. Jun Mo, N. Pei, Solid State Ionics 2000, 135, 181.
75. L. Shi, H. Li, Z. Wang, X. Huang, L. Chen, J. Mater. Chem. 2001, 11, 1502;
76. J. H. Ryu, J. W. Kim, Y.-E. Sung, S. M. Oh, Electrochem. Solid-State Lett. 2004, 7, A306.
77. H. Li, L. Shi, W. Lu, X. Huang, L. Chen, J. Electrochem. Soc. 2001, 148, A915.
78. T. Kennedy, M. Bezuidenhout, K. Palaniappan, K. Stokes, M. Brandon, K. M. Ryan, ACS Nano 2015, 9, 7456.
79. S. Ni, X. Lv, T. Li, X. Yang, L. Zhang, Y. Ren, Electrochim. Acta 2013, 96, 253.
80. S. Jing, H. Jiang, Y. Hu, C. Li, Nanoscale 2014, 6, 14441.
81. Zhongsheng Wen, J. Stark, R. Saha, J. Parker, P. A. Kohl, J. Phys. Chem. C 2013, 117, 8604.
82. H. T. Nguyen, F. Yao, M. R. Zamfir, C. Biswas, K. P. So, Y. H. Lee, S. M. Kim, S. N. Cha, J. M. Kim, D. Pribat, Adv. Energy Mater. 2011, 1, 1154.
83. M. W. Forney, M. J. Ganter, J. W. Staub, R. D. Ridgley, B. J. Landi, Nano Lett. 2013, 13, 4158.
84. L. Wang, Y. Fu, V. S. Battaglia, G. Liu, RSC Adv. 2013, 3, 15022.
85. J. Zhao, Z. Lu, H. Wang, W. Liu, H.-W. Lee, K. Yan, D. Zhuo, D. Lin, N. Liu, Y. Cui, J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 8372.
86. J. Zhao, Z. Lu, N. Liu, H.-W. Lee, M. T. McDowell, Y. Cui, Nat. Commun. 2014, 5, 5088.
87. A. Vlad, A. L. M. Reddy, A. Ajayan, N. Singh, J.-F. Gohy, S. Melinte, P. M. Ajayan, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2012, 109, 15168;
88. V. Chakrapani, F. Rusli, M. A. Filler, P. A. Kohl, J. Phys. Chem. C 2011, 115, 22048;
89. N. Liu, L. Hu, M. T. McDowell, A. Jackson, Y. Cui, ACS Nano 2011, 5, 6487;
90. X. Li, Z. Yang, Y. Fu, L. Qiao, D. Li, H. Yue, D. He, ACS Nano 2015, 9, 1858.
91. K. Xu, Chem. Rev. 2014, 114, 11503.