Healing High-Loading Sulfur Electrodes with Unprecedented Long Cycling Life: Spatial Heterogeneity Control

Journal of the American Chemical Society

Volumn 139, Issue 25, 2017, Pages 8458-8466

  Peng, Hong Jie ^a   Huang, Jia Qi ^a   Liu, Xin Yan ^a   Cheng, Xin Bing ^a   Xu, Wen Tao ^a   Zhao, Chen Zi ^a   Wei, Fei ^a   Zhang, Qiang ^a  

^a TSINGHUA UNIVERSITY   (China)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CATHODES; ELECTRIC BATTERIES; ELECTRODES; POLYSULFIDES; SELF-HEALING MATERIALS; SULFUR;

HIGH-CAPACITY ELECTRODES; NUCLEATION AND GROWTH; OPTIMIZED CAPACITY; SELF-HEALING CAPABILITIES; SELF-HEALING PROCESS; SPATIAL HETEROGENEITY; STABLE OPERATION; SULFUR ELECTRODE;

SECONDARY BATTERIES;

NANOPARTICLE; OXYGEN; SULFUR;

ARTICLE; BIOGEOCHEMICAL CYCLING; ELECTROCHEMICAL ANALYSIS; ELECTRODE; FIBRINOLYSIS; HEALING; SOLUBILIZATION;

EID: 85021687127     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jacs.6b12358     Document Type: Article

References (62)

1. Tee, B. C. K.; Wang, C.; Allen, R.; Bao, Z. Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 825-832 10.1038/nnano.2012.192
2. Wang, C.; Wu, H.; Chen, Z.; McDowell, M. T.; Cui, Y.; Bao, Z. Nat. Chem. 2013, 5, 1042-1048 10.1038/nchem.1802
3. Diesendruck, C. E.; Sottos, N. R.; Moore, J. S.; White, S. R. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 10428-10447 10.1002/anie.201500484
4. Armand, M.; Tarascon, J. M. Nature 2008, 451, 652-657 10.1038/451652a
5. Bruce, P. G.; Freunberger, S. A.; Hardwick, L. J.; Tarascon, J.-M. Nat. Mater. 2012, 11, 19-29 10.1038/nmat3191
6. Chan, C. K.; Peng, H.; Liu, G.; McIlwrath, K.; Zhang, X. F.; Huggins, R. A.; Cui, Y. Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 31-35 10.1038/nnano.2007.411
7. Evers, S.; Nazar, L. F. Acc. Chem. Res. 2013, 46, 1135-1143 10.1021/ar3001348
8. Yin, Y.-X.; Xin, S.; Guo, Y.-G.; Wan, L.-J. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 13186-13200 10.1002/anie.201304762
9. Zhang, S. S. J. Power Sources 2013, 231, 153-162 10.1016/j.jpowsour.2012.12.102
10. Zhou, W.; Yu, Y.; Chen, H.; DiSalvo, F. J.; Abruna, H. D. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 16736-16743 10.1021/ja409508q
11. Manthiram, A.; Fu, Y.; Chung, S.-H.; Zu, C.; Su, Y.-S. Chem. Rev. 2014, 114, 11751-11787 10.1021/cr500062v
12. Pang, Q.; Liang, X.; Kwok, C. Y.; Nazar, L. F. Nat. Energy 2016, 1, 16132 10.1038/nenergy.2016.132
13. Borchardt, L.; Oschatz, M.; Kaskel, S. Chem.-Eur. J. 2016, 22, 7324-7351 10.1002/chem.201600040
14. Seh, Z. W.; Sun, Y.; Zhang, Q.; Cui, Y. Chem. Soc. Rev. 2016, 45, 5605-5634 10.1039/C5CS00410A
15. Peng, H.-J.; Zhang, Z.-W.; Huang, J.-Q.; Zhang, G.; Xie, J.; Xu, W.-T.; Shi, J.-L.; Chen, X.; Cheng, X.-B.; Zhang, Q. Adv. Mater. 2016, 28, 9551-9558 10.1002/adma.201603401
16. Ji, X.; Lee, K. T.; Nazar, L. F. Nat. Mater. 2009, 8, 500-506 10.1038/nmat2460
17. Ji, L.; Rao, M.; Zheng, H.; Zhang, L.; Li, Y.; Duan, W.; Guo, J.; Cairns, E. J.; Zhang, Y. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 18522-18525 10.1021/ja206955k
18. Xin, S.; Gu, L.; Zhao, N.-H.; Yin, Y.-X.; Zhou, L.-J.; Guo, Y.-G.; Wan, L.-J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 18510-18513 10.1021/ja308170k
19. Guo, J.; Yang, Z.; Yu, Y.; Abruna, H. D.; Archer, L. A. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 763-767 10.1021/ja309435f
20. Wei Seh, Z. W.; 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
21. Zhao, M.-Q.; Zhang, Q.; Huang, J.-Q.; Tian, G.-L.; Nie, J.-Q.; Peng, H.-J.; Wei, F. Nat. Commun. 2014, 5, 3410 10.1038/ncomms4410
22. Li, Z.; Jiang, Y.; Yuan, L.; Yi, Z.; Wu, C.; Liu, Y.; Strasser, P.; Huang, Y. ACS Nano 2014, 8, 9295-9303 10.1021/nn503220h
23. Wang, Z.; Dong, Y.; Li, H.; Zhao, Z.; Wu, H. B.; Hao, C.; Liu, S.; Qiu, J.; Lou, X. W. Nat. Commun. 2014, 5, 5002 10.1038/ncomms6002
24. Wu, F. X.; Lee, J. T.; Fan, F. F.; Nitta, N.; Kim, H.; Zhu, T.; Yushin, G. Adv. Mater. 2015, 27, 5579-5586 10.1002/adma.201502289
25. Song, J.; Gordin, M. L.; Xu, T.; Chen, S.; Yu, Z.; Sohn, H.; Lu, J.; Ren, Y.; Duan, Y.; Wang, D. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 4325-4329 10.1002/anie.201411109
26. Liang, J.; Sun, Z.-H.; Li, F.; Cheng, H.-M. Energy Storage Mater. 2016, 2, 76-106 10.1016/j.ensm.2015.09.007
27. Huang, J.-Q.; Zhang, Q.; Wei, F. Energy Storage Mater. 2015, 1, 127-145 10.1016/j.ensm.2015.09.008
28. Manthiram, A.; Chung, S.-H.; Zu, C. Adv. Mater. 2015, 27, 1980-2006 10.1002/adma.201405115
29. Zhou, G.; Pei, S.; Li, L.; Wang, D.-W.; Wang, S.; Huang, K.; Yin, L.-C.; Li, F.; Cheng, H.-M. Adv. Mater. 2014, 26, 625-631 10.1002/adma.201302877
30. Chung, S.-H.; Han, P.; Singhal, R.; Kalra, V.; Manthiram, A. Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1500738 10.1002/aenm.201500738
31. Balach, J.; Jaumann, T.; Klose, M.; Oswald, S.; Eckert, J.; Giebeler, L. Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 5285-5291 10.1002/adfm.201502251
32. Bai, S.; Liu, X.; Zhu, K.; Wu, S.; Zhou, H. Nat. Energy 2016, 1, 16094 10.1038/nenergy.2016.94
33. Xu, R.; Belharouak, I.; Li, J. C. M.; Zhang, X.; Bloom, I.; Bareno, J. Adv. Energy Mater.o 2013, 3, 833-838 10.1002/aenm.201200990
34. Chen, S.; Dai, F.; Gordin, M. L.; Wang, D. RSC Adv. 2013, 3, 3540-3543 10.1039/c3ra23070h
35. Agostini, M.; Scrosati, B.; Hassoun, J. Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1500481 10.1002/aenm.201500481
36. Lee, S. K.; Oh, S. M.; Park, E.; Scrosati, B.; Hassoun, J.; Park, M. S.; Kim, Y. J.; Kim, H.; Belharouak, I.; Sun, Y. K. Nano Lett. 2015, 15, 2863-2868 10.1021/nl504460s
37. Li, W.; Yao, H.; Yan, K.; Zheng, G.; Liang, Z.; Chiang, Y.-M.; Cui, Y. Nat. Commun. 2015, 6, 7436 10.1038/ncomms8436
38. Zhao, C.-Z.; Cheng, X.-B.; Zhang, R.; Peng, H.-J.; Huang, J.-Q.; Ran, R.; Huang, Z.-H.; Wei, F.; Zhang, Q. Energy Storage Mater. 2016, 3, 77-84 10.1016/j.ensm.2016.01.007
39. Yan, C.; Cheng, X.-B.; Zhao, C.-Z.; Huang, J.-Q.; Yang, S.-T.; Zhang, Q. J. Power Sources 2016, 327, 212-220 10.1016/j.jpowsour.2016.07.056
40. Lee, D.-J.; Agostini, M.; Park, J.-W.; Sun, Y.-K.; Hassoun, J.; Scrosati, B. ChemSusChem 2013, 6, 2245-2248 10.1002/cssc.201300313
41. Van Gaal, L. F.; Mertens, I. L.; De Block, C. E. Nature 2006, 444, 875-880 10.1038/nature05487
42. Xia, Y.; Xiong, Y.; Lim, B.; Skrabalak, S. E. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 60-103 10.1002/anie.200802248
43. Fan, F. Y.; Carter, W. C.; Chiang, Y.-M. Adv. Mater. 2015, 27, 5203-5209 10.1002/adma.201501559
44. Xu, R.; Lu, J.; Amine, K. Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1500408 10.1002/aenm.201500408
45. Nelson, J.; Misra, S.; Yang, Y.; Jackson, A.; Liu, Y.; Wang, H.; Dai, H.; Andrews, J. C.; Cui, Y.; Toney, M. F. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 6337-6343 10.1021/ja2121926
46. Cuisinier, M.; Cabelguen, P.-E.; Evers, S.; He, G.; Kolbeck, M.; Garsuch, A.; Bolin, T.; Balasubramanian, M.; Nazar, L. F. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 3227-3232 10.1021/jz401763d
47. Xiao, J.; Hu, J. Z.; Chen, H.; Vijayakumar, M.; Zheng, J.; Pan, H.; Walter, E. D.; Hu, M.; Deng, X.; Feng, J.; Liaw, B. Y.; Gu, M.; Deng, Z. D.; Lu, D.; Xu, S.; Wang, C.; Liu, J. Nano Lett. 2015, 15, 3309-3316 10.1021/acs.nanolett.5b00521
48. Aurbach, D.; Pollak, E.; Elazari, R.; Salitra, G.; Kelley, C. S.; Affinito, J. J. Electrochem. Soc. 2009, 156, A694-A702 10.1149/1.3148721
49. Lu, L.; Han, X.; Li, J.; Hua, J.; Ouyang, M. J. Power Sources 2013, 226, 272-288 10.1016/j.jpowsour.2012.10.060
50. Peng, H.-J.; Huang, J.-Q.; Cheng, X.-B.; Zhang, Q. Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1700260
51. Pang, Q.; Kundu, D.; Cuisinier, M.; Nazar, L. F. Nat. Commun. 2014, 5, 4759 10.1038/ncomms5759
52. Yao, H.; Zheng, G.; Hsu, P.-C.; Kong, D.; Cha, J. J.; Li, W.; Seh, Z. W.; McDowell, M. T.; Yan, K.; Liang, Z.; Narasimhan, V. K.; Cui, Y. Nat. Commun. 2014, 5, 3943 10.1038/ncomms4943
53. Yuan, Z.; Peng, H.-J.; Hou, T.-Z.; Huang, J.-Q.; Chen, C.-M.; Wang, D.-W.; Cheng, X.-B.; Wei, F.; Zhang, Q. Nano Lett. 2016, 16, 519-527 10.1021/acs.nanolett.5b04166
54. Peng, H.-J.; Zhang, G.; Chen, X.; Zhang, Z.-W.; Xu, W.-T.; Huang, J.-Q.; Zhang, Q. Angew. Chem., Int. Ed. 2016, 55, 12990-12995 10.1002/anie.201605676
55. Zheng, J.; Gu, M.; Wang, C.; Zuo, P.; Koech, P. K.; Zhang, J.-G.; Liu, J.; Xiao, J. J. Electrochem. Soc. 2013, 160, A1992-A1996 10.1149/2.032311jes
56. Su, Y.-S.; Fu, Y.; Cochell, T.; Manthiram, A. Nat. Commun. 2013, 4, 2985 10.1038/ncomms3985
57. Lu, Y.; Tu, Z.; Archer, L. A. Nat. Mater. 2014, 13, 961-969 10.1038/nmat4041
58. Lim, J.; Li, Y.; Alsem, D. H.; So, H.; Lee, S. C.; Bai, P.; Cogswell, D. A.; Liu, X.; Jin, N.; Yu, Y.-s.; Salmon, N. J.; Shapiro, D. A.; Bazant, M. Z.; Tyliszczak, M. Z.; Chueh, W. C. Science 2016, 353, 566-571 10.1126/science.aaf4914
59. Fu, Y.; Su, Y.-S.; Manthiram, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 6930-6935 10.1002/anie.201301250
60. Zhou, G.; Paek, E.; Hwang, G. S.; Manthiram, A. Nat. Commun. 2015, 6, 7760 10.1038/ncomms8760
61. Wu, F. X.; Lee, J. T.; Nitta, N.; Kim, H.; Borodin, O.; Yushin, G. Adv. Mater. 2015, 27, 101-108 10.1002/adma.201404194
62. Chen, H. N.; Lu, Y. C. Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1502183 10.1002/aenm.201502183