Exceptional energy and new insight with a sodium-selenium battery based on a carbon nanosheet cathode and a pseudographite anode

Energy and Environmental Science

Volumn 10, Issue 1, 2017, Pages 153-165

  Ding, Jia ^a,b   Zhou, Hui ^b   Zhang, Hanlei ^b   Stephenson, Tyler ^a   Li, Zhi ^a   Karpuzov, Dimitre ^a   Mitlin, David ^c  

^a UNIVERSITY OF ALBERTA   (Canada)

^b BINGHAMTON UNIVERSITY   (United States)

^c Clarkson University   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ANODES; CATHODES; CHARGE TRANSFER; DIFFUSION IN SOLIDS; ELECTRIC BATTERIES; ELECTROLYTES; INTERCALATION; METAL IONS; NANOSHEETS; SECONDARY BATTERIES; SELENIUM;

HIGH SALT CONCENTRATION; INTRINSIC RESISTANCE; RATE CAPABILITIES; RATE PERFORMANCE; REVERSIBLE CAPACITY; SODIUM ION BATTERIES; SOLID-STATE DIFFUSION; STRUCTURAL ORDERING;

ELECTRODES;

AMORPHOUS MEDIUM; CARBON; ELECTRODE; ELECTROLYTE; POWER GENERATION; REACTION KINETICS; SELENIUM;

ANODES; BATTERIES; LITHIUM COMPOUNDS; SELENIUM;

EID: 85009957642     PISSN: 17545692     EISSN: 17545706     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c6ee02274j     Document Type: Article

References (106)

1. M. Armand J. M. Tarascon Nature 2008 451 652 657
2. J. B. Goodenough K. S. Park J. Am. Chem. Soc. 2013 135 1167 1176
3. M. D. Slater D. Kim E. Lee C. S. Johnson Adv. Funct. Mater. 2013 23 947 958
4. V. Palomares P. Serras I. Villaluenga K. B. Hueso J. Carretero-Gonzalez T. Rojo Energy Environ. Sci. 2012 5 5884 5901
5. S. Y. Hong Y. Kim Y. Park A. Choi N. S. Choi K. T. Lee Energy Environ. Sci. 2013 6 2067 2081
6. B. Ahmed D. H. Anjum M. N. Hedhili H. N. Alshareef Small 2015 11 34 4341 4350
7. J. Wan F. Gu W. Bao J. Dai F. Shen W. Luo X. Han D. Urban L. Hu Nano Lett. 2015 15 3763 3769
8. W. Luo F. Shen C. Bommier H. Zhu X. Ji L. Hu Acc. Chem. Res. 2016 49 231 240
9. Z. Li L. Ma T. Surta C. Bommier Z. Jian Z. Xing W. Stickle M. Dolgos K. Amine J. Lu T. Wu X. Ji ACS Energy Lett. 2016 1 395 401
10. B. L. Ellis K. T. Lee L. F. Nazar Chem. Mater. 2010 22 691 714
11. S. W. Kim D. H. Seo X. Ma G. Ceder K. Kang Adv. Energy Mater. 2012 2 710 721
12. X. Su Q. Wu J. Li X. Xiao A. Lott W. Lu B. W. Sheldon J. Wu Adv. Energy Mater. 2014 4 1300882
13. Z. Li J. Ding D. Mitlin Acc. Chem. Res. 2015 48 1657 1665
14. J. Ding Z. Li H. Wang K. Cui A. Kohandehghan X. Tan D. Karpuzov D. Mitlin J. Mater. Chem. A 2015 3 7100 7111
15. T. Ohzukuk A. Ueda M. Nagayama Y. Iwakoshi H. Komori Electrochim. Acta 1993 38 1159 1167
16. M. S. Whittingham Chem. Rev. 2004 104 4271 4301
17. L. X. Yuan Z. H. Wang W. X. Zhang X. L. Hu J. T. Chen Y. H. Huang J. B. Goodenough Energy Environ. Sci. 2011 4 269 284
18. Q. An F. Xiong Q. Wei J. Sheng L. He D. Ma Y. Yao L. Mai Adv. Energy Mater. 2015 5 1401963
19. H. Pan Y. Hu L. Chen Energy Environ. Sci. 2013 6 2338 2360
20. N. Yabuuchi M. Kajiyama J. Iwatate H. Nishikawa S. Hitomi R. Okuyama R. Usui Y. Yamada S. Komaba Nat. Mater. 2012 11 512 517
21. A. Manthiram Y. Fu S. H. Chung C. Zu Y. S. Su Chem. Rev. 2014 114 11751 11787
22. S. Evers L. F. Nazar Acc. Chem. Res. 2013 46 1135 1143
23. P. G. Bruce S. A. Freunberger L. J. Hardwick J. M. Tarascon Nat. Mater. 2012 11 19 29
24. X. Ji K. T. Lee L. F. Nazar Nat. Mater. 2009 5 500 506
25. Y. Yin S. Xin Y. Guo L. Wan Angew. Chem., Int. Ed. 2013 52 13186 13200
26. S. Xin L. Gu N. H. Zhao Y. X. Yin L. J. Zhou Y. G. Guo L. J. Wan J. Am. Chem. Soc. 2012 134 18510 18513
27. Y. Qu Z. Zhang X. Zhang G. Ren Y. Lai Y. Liu J. Li Carbon 2015 84 399 408
28. J. Song M. L. Gordin T. Xu S. Chen Z. Yu H. Sohn J. Lu Y. Ren Y. Duan D. Wang Angew. Chem. 2015 127 4399 4403
29. X. Liang C. Kwok F. Lodi-Marzano Q. Pang M. Cuisinier H. Huang C. J. Hart D. Houtarde K. Kaup H. Sommer T. Brezesinski J. Janek L. F. Nazar Adv. Energy Mater. 2016 6 1501636
30. R. Demir-Cakan M. Morcette F. Nouar C. Davoisne T. Devic D. Gonbeau R. Dominko C. Serre G. Ferey J. M. Tarascon J. Am. Chem. Soc. 2011 133 16154 16160
31. Q. Pang X. Liang C. Y. Kwok L. F. Nazar J. Electrochem. Soc. 2015 162 A2567 A2576
32. Q. Pang D. Kundu M. Cuisinier L. F. Nazar Nat. Commun. 2014 5 4759
33. J. Chen D. Wu E. Walter M. Engelhard P. Bhattacharya H. Pan Y. Shao F. Gao J. Xiao J. Liu Nano Energy 2015 13 267 274
34. J. Kim K. Fu J. Choi S. Sun J. Kim L. Hu U. Paik Chem. Commun. 2015 51 13682 13685
35. B. Dunn H. Kamath J. M. Tarascon Science 2011 18 928 935
36. K. B. Hueso M. Armand T. Rojo Energy Environ. Sci. 2013 6 734 749
37. T. H. Hwang D. S. Jung J. S. Kim B. G. Kim J. W. Choi Nano Lett. 2013 13 4532 4538
38. X. Yu A. Manthiram Adv. Energy Mater. 2015 5 1500350
39. S. Xin Y. X. Yin Y. G. Guo L. J. Wan Adv. Mater. 2014 26 1261 1265
40. X. Yu A. Manthiram Chem. Mater. 2016 28 896 905
41. S. Wei S. Xu A. Agrawral S. Choudhury Y. Lu Z. Tu L. Ma L. A. Archer Nat. Commun. 2016 7 11722
42. D. L. Perry, Handbook of Inorganic Compounds, CRC Press, Boca Raton, FL, 2011
43. K. Han Z. Liu J. Shen Y. Lin F. Dai H. Ye Adv. Funct. Mater. 2015 25 455 463
44. A. Abouimrane D. Dambournet K. W. Chapman P. J. Chupas W. Weng K. Amine J. Am. Chem. Soc. 2012 134 4505 4508
45. C. Luo J. Wang L. Suo J. Mao X. Fan C. Wang J. Mater. Chem. A 2015 3 555 561
46. C. Luo Y. Xu Y. Zhu Y. Liu S. Zheng Y. Liu A. Langrock C. S. Wang ACS Nano 2013 7 8003 8010
47. L. Zeng W. Zeng Y. Jiang X. Wei W. Li C. Yang Y. Zhu Y. Yu Adv. Energy Mater. 2015 5 1401377
48. L. Zeng X. Wei J. Wang Y. Jiang W. Li Y. Yu J. Power Sources 2015 281 461 469
49. H. Wang S. Li Z. Chen H. Liu Z. Guo RSC Adv. 2014 4 61673 61678
50. X. Li J. Liang Z. Hou W. Zhang Y. Wang Y. Zhu Y. Qian Adv. Funct. Mater. 2015 25 5229 5238
51. K. Han Z. Liu H. Ye F. Dai J. Power Sources 2014 263 85 89
52. L. Liu Y. Hou Y. Yang M. Li X. Wang Y. Wu RSC Adv. 2014 4 9086 9091
53. J. Lee H. Kim M. Oschatz D. C. Lee F. Wu H. T. Lin B. Zdyrko W. Cho S. Kaskel G. Yushin Adv. Energy Mater. 2015 5 1400981
54. J. Zhang Y. Xu L. Fan Y. Zhu J. Liang Y. Qian Nano Energy 2015 13 592 600
55. C. Yang S. Xin Y. Yin H. Ye J. Zhang Y. Guo Angew. Chem., Int. Ed. 2013 52 8363 8367
56. Z. Li L. Yin Nanoscale 2015 7 9597 9606
57. J. He Y. Chen W. Lv K. Wen P. Li Z. Wang W. Zhang W. Qin W. He ACS Energy Lett. 2016 1 16 20
58. Z. Li L. Yuan Z. Yi Y. Liu Y. Huang Nano Energy 2014 9 229 236
59. C. Yang Y. Yin Y. G. Guo J. Phys. Chem. Lett. 2015 6 256 266
60. C. Zu A. Manthiram J. Phys. Chem. Lett. 2014 5 2522 2527
61. Z. Wang Y. Dong H. Li Z. Zhao H. Wu C. Hao S. Liu J. Qiu X. W. Lou Nat. Commun. 2014 5 5002
62. H. Wang Z. Xu Z. Li K. Cui J. Ding A. Kohandehghan X. Tan B. Zahiri B. C. Olsen C. M. Holt D. Mitlin Nano Lett. 2014 14 1987 1994
63. L. Sun C. Tian M. Li X. Meng L. Wang R. Wang J. Yin H. Fu J. Mater. Chem. A 2013 1 6462 6470
64. H. Wang Z. Xu A. Kohandehghan Z. Li K. Cui X. Tan T. Stephenson C. K. Kingondu C. Holt B. Olsen J. Tak D. Harfield A. O. Anyia D. Mitlin ACS Nano 2013 7 5131 5141
65. J. Ding H. Wang Z. Li K. Cui D. Karpuzov X. Tan A. Kohandehghan D. Mitlin Energy Environ. Sci. 2015 8 941 955
66. J. Ding H. Wang Z. Li A. Kohandehghan K. Cui Z. Xu B. Zahiri X. Tan E. M. Lotfabad B. Olsen D. Mitlin ACS Nano 2013 12 11004 11015
67. E. M. Lotfabad P. Kalisvaart A. Kohandehghan D. Karpuzov D. Mitlin J. Mater. Chem. A 2014 2 19685 19695
68. E. M. Lotfabad J. Ding K. Cui A. Kohandehghan W. P. Kalisvaart M. Hazelton D. Mitlin ACS Nano 2014 8 7115 7129
69. V. V. Poborchii A. V. Kolobov J. Caro V. V. Zhuravlev K. Tanaka Chem. Phys. Lett. 1997 280 17 23
70. V. V. Poborchii Chem. Phys. Lett. 1996 251 230 234
71. P. K. Babu A. Lewera J. H. Chung R. Hunger W. Jaegermann N. Alonso-Vante A. Wieckowski E. Oldfield J. Am. Chem. Soc. 2007 129 15140 15141
72. K. Grenader M. Kind L. Silies A. Peters J. W. Bats M. Bolte A. Terfort J. Mol. Struct. 2013 1039 61 70
73. E. E. Aynsley N. N. Greenwood M. J. Sprague J. Chem. Soc. 1965 2395 2402
74. K. Helios A. Pietraszko W. Zierkiewicz H. Wojtowicz D. Michalska Polyhedron 2011 30 2466 2472
75. H. Ye Y. Yin S. F. Zhang Y. G. Guo J. Mater. Chem. A 2014 2 13293 13298
76. J. Ding Z. Li K. Cui S. Boyer D. Karpuzov D. Mitlin Nano Energy 2016 23 129 137
77. Y. Cui A. Abouimrane J. Lu T. Bolin Y. Ren W. Weng C. Sun V. A. Maroni S. M. Heald K. Amine J. Am. Chem. Soc. 2013 135 8047 8056
78. D. Kim S. H. Kang M. Slater S. Rood J. T. Vaughey N. Karan M. Balasubramanian C. S. Johnson Adv. Energy Mater. 2011 1 333 336
79. S. Tepavcevic H. Xiong V. R. Stamenkovic X. Zuo M. Balasubramanian V. B. Prakapenka C. S. Johnson T. Rajh ACS Nano 2012 6 530 538
80. Y. Liu Y. Xu X. Han C. Pellegrinelli Y. Zhu H. Zhu J. Wan A. C. Chung O. Vaaland C. Wang L. Hu Nano Lett. 2012 12 5664 5668
81. S. Lim H. Kim R. A. Shakoor Y. Jung J. W. Choi J. Electrochem. Soc. 2012 159 A1393 A1397
82. F. Sauvage L. Laffont J.-M. Tarascon E. Baudrin Inorg. Chem. 2007 46 3289 3294
83. H. Kim R. A. Shakoor C. Park S. Y. Lim J. S. Kim Y. N. Jo W. Cho K. Miyasaka R. Kahraman Y. Jung J. W. Choi Adv. Funct. Mater. 2013 23 1147 1155
84. R. Gover A. Bryan P. Burns J. Barker Solid State Ionics 2006 177 1495 1500
85. E. M. Lotfabad P. Kalisvaart A. Kohandehghan K. Cui M. Kupsta B. Farbod D. Mitlin J. Mater. Chem. A 2014 2 2504 2516
86. A. Kohandehghan P. Kalisvaart K. Cui M. Kupsta E. M. Lotfabad D. Mitlin J. Mater. Chem. A 2013 1 12850 12861
87. A. Kohandehghan P. Kalisvaart M. Kupsta B. Zahiri B. S. Amirkhiz Z. Li E. Memarzadeh L. A. Bendersky D. Mitlin J. Mater. Chem. A 2013 1 1600 1612
88. L. Ji M. Gu Y. Shao X. Li M. H. Engelhard B. W. Arey W. Wang Z. Nie J. Xiao C. Wang J. Zhang J. Liu Adv. Mater. 2014 26 2901 2908
89. Z. Li L. Yuan Z. Yi Y. Sun Y. Liu Y. Jiang Y. Shen Y. Xin Z. Zhang Y. Huang Adv. Energy Mater. 2014 4 1301473
90. M. Moradi Z. Li J. Qi W. Xing K. Xiang Y. M. Chiang A. M. Belcher Nano Lett. 2015 15 2917 2921
91. J. Billaud R. J. Clement A. R. Armstrong J. C. Vazquez P. Rozier C. P. Grey P. G. Bruce J. Am. Chem. Soc. 2014 136 17243 17248
92. V. Raju J. Rains C. Gates W. Luo X. Wang W. F. Stickle G. D. Stucky X. Ji Nano Lett. 2014 14 419 4124
93. D. W. Choi D. H. Wang V. V. Viswanathan I. T. Bae W. Wang N. M. Nie J. G. Zhang G. L. Graff J. Liu Z. G. Yang T. Duong Electrochem. Commun. 2010 12 378 381
94. C. Zhu K. Song P. A. Aken J. Maier Y. Yu Nano Lett. 2014 14 2175 2180
95. D. A. Stevens J. R. Dahn J. Electrochem. Soc. 2000 147 1271 1273
96. H. Wang D. Mitlin J. Ding Z. Li K. Cui J. Mater. Chem. A 2016 4 5149 5158
97. L. Liang Y. Xu C. Wang L. Wen Y. Fang Y. Mi M. Zhou H. Zhao Y. Lei Energy Environ. Sci. 2015 8 2954 2962
98. D. Yang J. Xu X. Liao Y. He H. Liu Z. Ma Chem. Commun. 2014 50 13377 13380
99. N. Wang Z. Bai Y. Qian J. Yang Adv. Mater. 2016 28 4126 4133
100. H. Ye Y. Wang F. Zhao W. Huang N. Han J. Zhou M. Zeng Y. Li J. Mater. Chem. A 2016 4 1754 1761
101. I. Hasa X. Dou D. Buchholz Y. Horn J. hassoun S. Passerini B. Scrosati J. Power Sources 2016 310 26 31
102. C. Zhu P. Kopold P. A. Aken J. Maier Y. Yu Adv. Mater. 2016 28 2409 2416
103. S. Guo H. Yu P. Liu Y. Ren T. Zhang M. Chen M. Ishida H. Zhou Energy Environ. Sci. 2015 8 1237 1244
104. W. Duan Z. Zhu H. Li Z. Hu K. Zhang F. Cheng J. Chen J. Mater. Chem. A 2014 2 8668 8675
105. Z. Hou X. Li J. Liang Y. Zhu Y. Qian J. Mater. Chem. A 2015 3 1400 1404
106. X. Wu Y. Cao X. Ai J. Qian H. Yang Electrochem. Commun. 2013 31 145 148