Tungsten oxide nanorod architectures as 3D anodes in binder-free lithium-ion batteries
Source abstract
Abstract
Tungsten oxide nanorods were synthesized using a template assisted process. A polycarbonate membrane (pore diameter 100 nm) was vacuum infiltrated by an aqueous solution of ammonium paratungstate ((NH4)10H2W12O42·xH2O) and yielded crystalline 3D oriented WO3 nanorod arrays after template etching and calcination. By coating the nanorod arrays with carbon, a binder-free 3D WO3/C composite electrode could be fabricated, allowing capacities up to 1149, 811, 699, 559 and 253 mA h g-1 for cycles 1, 2, 20, 50 and 200 as well as a coulombic efficiency of around 99%. Moreover, as prepared WO3 nanorod structures without that specific type of carbon coating deliver capacities in a range of 200-250 mA h g-1 after 20 cycles. Finally, a full cell lithium ion battery system is fabricated. It consists of LiCoO2 nanoparticles as cathode and binder-free carbon coated 3D WO3 composite material as anode. Pre-lithiation of this 3D WO3/C composite material as pre-conditioning before full cell assembly leads to a cell capacity of almost twice of that without pre-lithiation. Discharge capacities of 111, 91, 41 and 23 mA h g-1 can be obtained for cycles 2, 20, 100 and 200 with a coulombic efficiency of around 99% in the case of the pre-lithiated 3D WO3/C composite anode.
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Research context
OpenAlex topics: Advancements in Battery Materials · Semiconductor materials and devices · Extraction and Separation Processes
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Affiliations
Fachbereich Chemie
Eduard-Zintl-Institut für Anorganische und Physikalische Chemie
Technische Universität Darmstadt
64287 Darmstadt
Germany
Karlsruhe Institute of Technology
Institute for Applied Materials (IAM-ESS)
D-76344 Eggenstein-Leopoldshafen
References (91)
Show source-provided references
1. Wang · Chem. Commun. · 2010 · 46 · 883310.1039/c0cc03660a ↗
2. Bamwenda · Appl. Catal., A · 2001 · 210 · 18110.1016/S0926-860X(00)00796-1 ↗
3. Sayama · Chem. Commun. · 2001 · 241610.1039/b107673f ↗
4. Ng · Cryst. Growth Des. · 2010 · 10 · 379410.1021/cg100625m ↗
5. Bao · Nano Res. · 2017 · 10 · 190310.1007/s12274-016-1373-6 ↗
6. Nitta · Mater. Today · 2015 · 18 · 25210.1016/j.mattod.2014.10.040 ↗
7. De Wijs · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 1999 · 59 · 268410.1103/PhysRevB.59.2684 ↗
8. Zhang · J. Mater. Chem. · 2011 · 21 · 549210.1039/c0jm04361c ↗
9. Bartha · Int. J. Refract. Met. Hard Mater. · 1995 · 13 · 7710.1016/0263-4368(94)00031-X ↗
10. Gerand · J. Solid State Chem. · 1979 · 29 · 42910.1016/0022-4596(79)90199-3 ↗
11. Meng · J. Mater. Chem. C · 2015 · 3 · 113410.1039/C4TC02762K ↗
12. Cao · J. Mater. Chem. · 2009 · 19 · 232310.1039/b816646c ↗
13. Hübner · Sens. Actuators, B · 2010 · 151 · 10310.1016/j.snb.2010.09.040 ↗
14. Vidyarthi · Int. J. Hydrogen Energy · 2011 · 36 · 472410.1016/j.ijhydene.2011.01.087 ↗
15. Szilágyi · J. Catal. · 2012 · 294 · 11910.1016/j.jcat.2012.07.013 ↗
16. Li · Sci. Rep. · 2013 · 3 · 240910.1038/srep02409 ↗
17. R. J. Mortimer , D. R.Rosseinsky and P. M. S.Monk , Electrochromic Materials and Devices , Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA , Weinheim, Germany , 201310.1002/9783527679850 ↗
18. Borchard-Tuch · Chem. Unserer Zeit · 2005 · 39 · 43010.1002/ciuz.200590086 ↗
19. Wojcik · Nanoscale · 2015 · 7 · 169610.1039/C4NR05765A ↗
20. Sasidharan · Nano Energy · 2012 · 1 · 50310.1016/j.nanoen.2012.03.003 ↗
21. Yoon · J. Alloys Compd. · 2014 · 613 · 18710.1016/j.jallcom.2014.06.010 ↗
22. He · Angew. Chem., Int. Ed. · 2016 · 55 · 624410.1002/anie.201601542 ↗
23. Li · Appl. Surf. Sci. · 2010 · 256 · 244710.1016/j.apsusc.2009.10.085 ↗
24. Xue · Nanotechnology · 2011 · 22 · 39570210.1088/0957-4484/22/39/395702 ↗
25. Delichere · Thin Solid Films · 1988 · 161 · 3510.1016/0040-6090(88)90233-7 ↗
26. Yoon · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2011 · 13 · 1106010.1039/c1cp20940j ↗
27. Tarascon · Nature · 2000 · 407 · 49610.1038/35035045 ↗
28. Winter · Adv. Mater. · 1998 · 10 · 72510.1002/(SICI)1521-4095(199807)10:10<725::AID-ADMA725>3.0.CO;2-Z ↗
29. Dahn · Science · 1995 · 270 · 59010.1126/science.270.5236.590 ↗
30. Goriparti · J. Power Sources · 2014 · 257 · 42110.1016/j.jpowsour.2013.11.103 ↗
31. Yu · Small · 2016 · 12 · 214610.1002/smll.201502299 ↗
32. Bruce · Angew. Chem., Int. Ed. · 2008 · 47 · 293010.1002/anie.200702505 ↗
33. Ellis · Adv. Mater. · 2014 · 26 · 336810.1002/adma.201306126 ↗
34. Sun · Nat. Energy · 2016 · 1 · 1607110.1038/nenergy.2016.71 ↗
35. Huang · J. Phys. D: Appl. Phys. · 2008 · 41 · 15541710.1088/0022-3727/41/15/155417 ↗
36. Gu · J. Solid State Chem. · 2007 · 180 · 9810.1016/j.jssc.2006.09.020 ↗
37. Lee · Nanoscale · 2014 · 6 · 1014710.1039/C4NR01033G ↗
38. Wang · Nanoscale Res. Lett. · 2007 · 2 · 40510.1007/s11671-007-9075-3 ↗
39. Mozalev · Chem. Mater. · 2008 · 20 · 648210.1021/cm801481z ↗
40. Artzi-Gerlitz · Sens. Actuators, B · 2009 · 136 · 25710.1016/j.snb.2008.10.056 ↗
41. Zhang · J. Mater. Chem. · 2011 · 21 · 549210.1039/c0jm04361c ↗
42. Parry · Surf. Interface Anal. · 2006 · 38 · 149710.1002/sia.2400 ↗
43. Scofield · J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. · 1976 · 8 · 12910.1016/0368-2048(76)80015-1 ↗
44. Tanuma · Surf. Interface Anal. · 1994 · 21 · 16510.1002/sia.740210302 ↗
45. W. Massa , Kristallstrukturbestimmung , Springer Spektrum , Wiesbaden , 8th edn, 201510.1007/978-3-658-09412-6 ↗
46. L. Spieß , G.Teicher , R.Schwarzer , H.Behnken and C.Genzel , Moderne Röntgenbeugung , Vieweg + Teubner , Wiesbaden , 2nd edn, 200910.1007/978-3-8349-9434-9 ↗
47. Fujioka · J. Phys. Chem. C · 2012 · 116 · 1702910.1021/jp304082t ↗
48. Frey · J. Solid State Chem. · 2001 · 162 · 30010.1006/jssc.2001.9319 ↗
49. Senthil · Nanotechnology · 2007 · 18 · 39560410.1088/0957-4484/18/39/395604 ↗
50. Boulova · J. Solid State Chem. · 2002 · 167 · 42510.1016/S0022-4596(02)99649-0 ↗
51. Szilágyi · Mater. Res. Bull. · 2009 · 44 · 50510.1016/j.materresbull.2008.08.003 ↗
52. Szilágyi · J. Therm. Anal. Calorim. · 2009 · 98 · 70710.1007/s10973-009-0287-x ↗
53. Guo · Nanoscale · 2012 · 4 · 339410.1039/c2nr30612c ↗
54. Fleisch · J. Chem. Phys. · 1982 · 76 · 78010.1063/1.443047 ↗
55. Jiao · J. Mater. Res. · 2014 · 29 · 60910.1557/jmr.2014.32 ↗
56. Zhu · RSC Adv. · 2016 · 6 · 9738510.1039/C6RA22034G ↗
57. Duan · Nanoscale · 2015 · 7 · 223010.1039/C4NR05717A ↗
58. Qiu · Nano Res. · 2012 · 5 · 82610.1007/s12274-012-0266-6 ↗
59. Li · Chem. Commun. · 2012 · 48 · 120110.1039/C1CC14764A ↗
60. Su · Nanoscale · 2011 · 3 · 396710.1039/c1nr10550g ↗
61. Myronyuk · Nanoscale Res. Lett. · 2016 · 11 · 50810.1186/s11671-016-1723-z ↗
62. Armandi · Microporous Mesoporous Mater. · 2010 · 132 · 41410.1016/j.micromeso.2010.03.021 ↗
63. Ferrari · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2000 · 61 · 1409510.1103/PhysRevB.61.14095 ↗
64. Sevilla · Carbon · 2009 · 47 · 228110.1016/j.carbon.2009.04.026 ↗
65. Lock · Langmuir · 2010 · 26 · 885710.1021/la9046337 ↗
66. Winkler · Surf. Interface Anal. · 2017 · 49 · 36110.1002/sia.6139 ↗
67. Titirici · Chem. Mater. · 2007 · 19 · 420510.1021/cm0707408 ↗
68. Mitchell · Carbon · 2015 · 95 · 43410.1016/j.carbon.2015.08.001 ↗
69. Zhao · Electrochim. Acta · 2015 · 154 · 11010.1016/j.electacta.2014.12.052 ↗
70. Tang · ChemSusChem · 2012 · 5 · 40010.1002/cssc.201100609 ↗
71. Song · J. Mater. Chem. · 2012 · 22 · 1236910.1039/c2jm31910a ↗
72. Wu · Electrochim. Acta · 2013 · 105 · 46210.1016/j.electacta.2013.05.019 ↗
73. Ning · J. Power Sources · 2003 · 117 · 16010.1016/S0378-7753(03)00029-6 ↗
74. Krieger · J. Power Sources · 2012 · 210 · 28610.1016/j.jpowsour.2012.03.029 ↗
75. J. Broadhead and H. C.Kuo , in Handbook of Batteries , ed. D. Linden and T. B. Reddy , Mcgraw-Hill , New York , 3rd edn, 2002 , p. 2.1
76. Cheng · Adv. Sci. · 2015 · 3 · 1
77. An · Carbon · 2016 · 105 · 5210.1016/j.carbon.2016.04.008 ↗
78. Chen · Nanoscale Horiz. · 2016 · 1 · 42310.1039/C6NH00016A ↗
79. Liu · Appl. Surf. Sci. · 2017 · 394 · 7010.1016/j.apsusc.2016.10.107 ↗
80. Yin · Cryst. Growth Des. · 2013 · 13 · 75910.1021/cg301469u ↗
81. Yang · RSC Adv. · 2016 · 6 · 1807110.1039/C5RA26645A ↗
82. Baek · J. Phys. Chem. C · 2007 · 111 · 121310.1021/jp0659857 ↗
83. Vasilopoulou · Adv. Funct. Mater. · 2011 · 21 · 148910.1002/adfm.201002171 ↗
84. Verma · Electrochim. Acta · 2010 · 55 · 633210.1016/j.electacta.2010.05.072 ↗
85. Niehoff · Langmuir · 2013 · 29 · 580610.1021/la400764r ↗
86. Philippe · J. Electrochem. Soc. · 2015 · 163 · A17810.1149/2.0051602jes ↗
87. Younesi · J. Electrochem. Soc. · 2015 · 162 · A128910.1149/2.0761507jes ↗
88. Kim · Electrochim. Acta · 2015 · 163 · 13210.1016/j.electacta.2015.02.121 ↗
89. Okubo · Solid State Ionics · 2009 · 180 · 61210.1016/j.ssi.2008.06.010 ↗
90. De La Llave · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2016 · 8 · 186710.1021/acsami.5b09835 ↗
91. Wang · Nano Lett. · 2014 · 14 · 108010.1021/nl4047834 ↗