Encapsulation of Metallic Na in an Electrically Conductive Host with Porous Channels as a Highly Stable Na Metal Anode

Nano Letters

Volumn 17, Issue 6, 2017, Pages 3792-3797

  Luo, Wei ^a   Zhang, Ying ^a   Xu, Shaomao ^a   Dai, Jiaqi ^a   Hitz, Emily ^a   Li, Yiju ^a   Yang, Chunpeng ^a   Chen, Chaoji ^a   Liu, Boyang ^a   Hu, Liangbing ^a  

^a UNIVERSITY OF MARYLAND   (United States)

Author keywords

conductive host; long term stability; low overpotential; Metallic Na anode; porous channel

Indexed keywords

ELECTRODES; ELECTROLYTES; LITHIUM COMPOUNDS; METALS; WOOD;

CARBONATE ELECTROLYTES; CONDUCTIVE HOST; COULOMBIC EFFICIENCY; ELECTRICALLY CONDUCTIVE; HIGH-PERFORMANCE ANODES; LONG TERM STABILITY; OVERPOTENTIAL; POROUS CHANNEL;

ANODES;

COMPOSITES; ELECTRODES; ENCAPSULATION; SODIUM;

EID: 85020731297     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b01138     Document Type: Article

References (59)

1. Pan, H.; Hu, Y.-S.; Chen, L. Energy Environ. Sci. 2013, 6 (8) 2338-2360 10.1039/c3ee40847g
2. Yabuuchi, N.; Kubota, K.; Dahbi, M.; Komaba, S. Chem. Rev. 2014, 114 (23) 11636-11682 10.1021/cr500192f
3. Lu, J.; Chen, Z.; Ma, Z.; Pan, F.; Curtiss, L. A.; Amine, K. Nat. Nanotechnol. 2016, 11 (12) 1031-1038 10.1038/nnano.2016.207
4. Yabuuchi, N.; Kajiyama, M.; Iwatate, J.; Nishikawa, H.; Hitomi, S.; Okuyama, R.; Usui, R.; Yamada, Y.; Komaba, S. Nat. Mater. 2012, 11 (6) 512-517 10.1038/nmat3309
5. Fang, Y.; Xiao, L.; Qian, J.; Ai, X.; Yang, H.; Cao, Y. Nano Lett. 2014, 14 (6) 3539-3543 10.1021/nl501152f
6. Jian, Z.; Han, W.; Lu, X.; Yang, H.; Hu, Y.-S.; Zhou, J.; Zhou, Z.; Li, J.; Chen, W.; Chen, D.; Chen, L. Adv. Energy Mater. 2013, 3 (2) 156-160 10.1002/aenm.201200558
7. Li, S.; Dong, Y.; Xu, L.; Xu, X.; He, L.; Mai, L. Adv. Mater. 2014, 26 (21) 3545-3553 10.1002/adma.201305522
8. Song, J.; Wang, L.; Lu, Y.; Liu, J.; Guo, B.; Xiao, P.; Lee, J.-J.; Yang, X.-Q.; Henkelman, G.; Goodenough, J. B. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137 (7) 2658-2664 10.1021/ja512383b
9. Metrot, A.; Guerard, D.; Billaud, D.; Herold, A. Synth. Met. 1980, 1 (4) 363-369 10.1016/0379-6779(80)90071-5
10. Luo, W.; Shen, F.; Bommier, C.; Zhu, H.; Ji, X.; Hu, L. Acc. Chem. Res. 2016, 49 (2) 231-240 10.1021/acs.accounts.5b00482
11. Stevens, D. A.; Dahn, J. R. J. Electrochem. Soc. 2001, 148 (8) A803-A811 10.1149/1.1379565
12. Stevens, D. A.; Dahn, J. R. J. Electrochem. Soc. 2000, 147 (4) 1271-1273 10.1149/1.1393348
13. Xu, J.; Wang, M.; Wickramaratne, N. P.; Jaroniec, M.; Dou, S.; Dai, L. Adv. Mater. 2015, 27 (12) 2042-2048 10.1002/adma.201405370
14. Cao, Y.; Xiao, L.; Sushko, M. L.; Wang, W.; Schwenzer, B.; Xiao, J.; Nie, Z.; Saraf, L. V.; Yang, Z.; Liu, J. Nano Lett. 2012, 12 (7) 3783-3787 10.1021/nl3016957
15. Yan, Y.; Yin, Y.-X.; Guo, Y.-G.; Wan, L.-J. Adv. Energy Mater. 2014, 4 (8) 1301584 10.1002/aenm.201301584
16. Ye, H.; Wang, L.; Deng, S.; Zeng, X.; Nie, K.; Duchesne, P. N.; Wang, B.; Liu, S.; Zhou, J.; Zhao, F.; Han, N.; Zhang, P.; Zhong, J.; Sun, X.; Li, Y.; Li, Y.; Lu, J. Adv. Energy Mater. 2017, 7 (5) 1601602 10.1002/aenm.201601602
17. Kim, Y.; Park, Y.; Choi, A.; Choi, N.-S.; Kim, J.; Lee, J.; Ryu, J. H.; Oh, S. M.; Lee, K. T. Adv. Mater. 2013, 25 (22) 3045-3049 10.1002/adma.201204877
18. Sun, J.; Lee, H.-W.; Pasta, M.; Yuan, H.; Zheng, G.; Sun, Y.; Li, Y.; Cui, Y. Nat. Nanotechnol. 2015, 10 (11) 980-985 10.1038/nnano.2015.194
19. Qian, J.; Wu, X.; Cao, Y.; Ai, X.; Yang, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52 (17) 4633-4636 10.1002/anie.201209689
20. Kong, B.; Zu, L.; Peng, C.; Zhang, Y.; Zhang, W.; Tang, J.; Selomulya, C.; Zhang, L.; Chen, H.; Wang, Y.; Liu, Y.; He, H.; Wei, J.; Lin, X.; Luo, W.; Yang, J.; Zhao, Z.; Liu, Y.; Yang, J.; Zhao, D. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138 (50) 16533-16541 10.1021/jacs.6b10782
21. Darwiche, A.; Marino, C.; Sougrati, M. T.; Fraisse, B.; Stievano, L.; Monconduit, L. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134 (51) 20805-20811 10.1021/ja310347x
22. Li, Z.; Ding, J.; Mitlin, D. Acc. Chem. Res. 2015, 48 (6) 1657-1665 10.1021/acs.accounts.5b00114
23. Cohn, A. P.; Muralidharan, N.; Carter, R.; Share, K.; Pint, C. L. Nano Lett. 2017, 17 (2) 1296-1301 10.1021/acs.nanolett.6b05174
24. Hartmann, P.; Bender, C. L.; Vračar, M.; Dürr, A. K.; Garsuch, A.; Janek, J.; Adelhelm, P. Nat. Mater. 2012, 12 (3) 228-232 10.1038/nmat3486
25. Xia, C.; Fernandes, R.; Cho, F. H.; Sudhakar, N.; Buonacorsi, B.; Walker, S.; Xu, M.; Baugh, J.; Nazar, L. F. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138 (35) 11219-11226 10.1021/jacs.6b05382
26. Landa-Medrano, I.; Pinedo, R.; Bi, X.; Ruiz de Larramendi, I.; Lezama, L.; Janek, J.; Amine, K.; Lu, J.; Rojo, T. ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8 (31) 20120-20127 10.1021/acsami.6b06577
27. Reeve, Z. E. M.; Franko, C. J.; Harris, K. J.; Yadegari, H.; Sun, X.; Goward, G. R. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139 (2) 595-598 10.1021/jacs.6b11333
28. Xin, S.; Yin, Y.-X.; Guo, Y.-G.; Wan, L.-J. Adv. Mater. 2014, 26 (8) 1261-1265 10.1002/adma.201304126
29. Wei, S.; Xu, S.; Agrawral, A.; Choudhury, S.; Lu, Y.; Tu, Z.; Ma, L.; Archer, L. A. Nat. Commun. 2016, 7, 11722 10.1038/ncomms11722
30. Manthiram, A.; Yu, X. Small 2015, 11 (18) 2108-2114 10.1002/smll.201403257
31. Wang, Y.-X.; Yang, J.; Lai, W.; Chou, S.-L.; Gu, Q.-F.; Liu, H. K.; Zhao, D.; Dou, S. X. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138 (51) 16576-16579 10.1021/jacs.6b08685
32. Xu, S.; Lu, Y.; Wang, H.; Abruna, H. D.; Archer, L. A. J. Mater. Chem. A 2014, 2 (42) 17723-17729 10.1039/C4TA04130E
33. Hu, X.; Sun, J.; Li, Z.; Zhao, Q.; Chen, C.; Chen, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2016, 55 (22) 6482-6486 10.1002/anie.201602504
34. Li, Y.; Dai, H. Chem. Soc. Rev. 2014, 43 (15) 5257-5275 10.1039/C4CS00015C
35. Yan, K.; Lu, Z.; Lee, H.-W.; Xiong, F.; Hsu, P.-C.; Li, Y.; Zhao, J.; Chu, S.; Cui, Y. Nat. Energy 2016, 1, 16010 10.1038/nenergy.2016.10
36. Xu, W.; Wang, J.; Ding, F.; Chen, X.; Nasybulin, E.; Zhang, Y.; Zhang, J.-G. Energy Environ. Sci. 2014, 7 (2) 513-537 10.1039/C3EE40795K
37. Cheng, X.-B.; Zhang, R.; Zhao, C.-Z.; Wei, F.; Zhang, J.-G.; Zhang, Q. Adv. Sci. 2016, 3 (3) 1500213 10.1002/advs.201500213
38. 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
39. 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
40. Zhang, R.; Li, N.-W.; Cheng, X.-B.; Yin, Y.-X.; Zhang, Q.; Guo, Y.-G. Adv. Sci. 2017, 4 (3) 1600445 10.1002/advs.201600445
41. Seh, Z. W.; Sun, Y.; Zhang, Q.; Cui, Y. Chem. Soc. Rev. 2016, 45 (20) 5605-5634 10.1039/C5CS00410A
42. Iermakova, D. I.; Dugas, R.; Palacín, M. R.; Ponrouch, A. J. Electrochem. Soc. 2015, 162 (13) A7060-A7066 10.1149/2.0091513jes
43. Seh, Z. W.; Sun, J.; Sun, Y.; Cui, Y. ACS Cent. Sci. 2015, 1 (8) 449-455 10.1021/acscentsci.5b00328
44. Cao, R.; Mishra, K.; Li, X.; Qian, J.; Engelhard, M. H.; Bowden, M. E.; Han, K. S.; Mueller, K. T.; Henderson, W. A.; Zhang, J.-G. Nano Energy 2016, 30, 825-830 10.1016/j.nanoen.2016.09.013
45. Song, J.; Jeong, G.; Lee, A.-J.; Park, J. H.; Kim, H.; Kim, Y.-J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7 (49) 27206-27214 10.1021/acsami.5b08111
46. Luo, W.; Lin, C.-F.; Zhao, O.; Noked, M.; Zhang, Y.; Rubloff, G. W.; Hu, L. Adv. Energy Mater. 2017, 7 (2) 1601526 10.1002/aenm.201601526
47. Zhao, Y.; Goncharova, L. V.; Lushington, A.; Sun, Q.; Yadegari, H.; Wang, B.; Xiao, W.; Li, R.; Sun, X. Adv. Mater. 2017, 29 (18) 1606663 10.1002/adma.201606663
48. Wei, S.; Choudhury, S.; Xu, J.; Nath, P.; Tu, Z.; Archer, L. A. Adv. Mater. 2017, 29 (12) 1605512 10.1002/adma.201605512
49. Lin, D.; Liu, Y.; Liang, Z.; Lee, H.-W.; Sun, J.; Wang, H.; Yan, K.; Xie, J.; Cui, Y. Nat. Nanotechnol. 2016, 11 (7) 626-632 10.1038/nnano.2016.32
50. Hu, X.; Li, Z.; Zhao, Y.; Sun, J.; Zhao, Q.; Wang, J.; Tao, Z.; Chen, J. Sci. Adv. 2017, 3 (2) e1602396 10.1126/sciadv.1602396
51. Liu, Y.; Lin, D.; Liang, Z.; Zhao, J.; Yan, K.; Cui, Y. Nat. Commun. 2016, 7, 10992 10.1038/ncomms10992
52. Liang, Z.; Lin, D.; Zhao, J.; Lu, Z.; Liu, Y.; Liu, C.; Lu, Y.; Wang, H.; Yan, K.; Tao, X.; Cui, Y. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2016, 113 (11) 2862-2867 10.1073/pnas.1518188113
53. Liu, W.; Lin, D.; Pei, A.; Cui, Y. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138 (47) 15443-15450 10.1021/jacs.6b08730
54. Xue, L.; Gao, H.; Zhou, W.; Xin, S.; Park, K.; Li, Y.; Goodenough, J. B. Adv. Mater. 2016, 28 (43) 9608-9612 10.1002/adma.201602633
55. Cheng, X.-B.; Hou, T.-Z.; Zhang, R.; Peng, H.-J.; Zhao, C.-Z.; Huang, J.-Q.; Zhang, Q. Adv. Mater. 2016, 28 (15) 2888-2895 10.1002/adma.201506124
56. Zhang, R.; Cheng, X.-B.; Zhao, C.-Z.; Peng, H.-J.; Shi, J.-L.; Huang, J.-Q.; Wang, J.; Wei, F.; Zhang, Q. Adv. Mater. 2016, 28 (11) 2155-2162 10.1002/adma.201504117
57. Ji, X.; Liu, D.-Y.; Prendiville, D. G.; Zhang, Y.; Liu, X.; Stucky, G. D. Nano Today 2012, 7 (1) 10-20 10.1016/j.nantod.2011.11.002
58. Yang, C.-P.; Yin, Y.-X.; Zhang, S.-F.; Li, N.-W.; Guo, Y.-G. Nat. Commun. 2015, 6, 8058 10.1038/ncomms9058
59. Lu, L.-L.; Ge, J.; Yang, J.-N.; Chen, S.-M.; Yao, H.-B.; Zhou, F.; Yu, S.-H. Nano Lett. 2016, 16 (7) 4431-4437 10.1021/acs.nanolett.6b01581