journal article·2025-05-09Open access

Prospects of Alkali Metal–Se Batteries and Beyond: From Redox Mechanisms to Electrode Design

Jimin Park, Hyerim Kim, Arcangelo Celeste, Hyeona Park, Shivam Kansara, Rosaceleste Zumpano, Vanessa Piacentini, Sergio Brutti, Aleksandar Matic, Marco Agostini, Jang-Yeon Hwang

ACS Energy Letters· Volume 10· Issue 5

Abstract

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide Selenium-based alkali metal systems offer significant potential for surpassing commercial Li-ion systems in volumetric energy density (3,253 vs 1,000 mAh cm –3 ). However, challenges remain in electrode design, solid electrolyte interface stability, and mitigating active material dissolution. This review explores redox mechanisms, electrode architectures, and electrolyte strategies for enhancing performance, with a focus on Li, Na, K anodes and beyond. Advances in computational and experimental studies are discussed, highlighting key issues and future research directions to address scalability and improve stability, making Se-based batteries promising candidates for sustainable energy storage.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Advancements in Battery Materials · Advanced Battery Materials and Technologies · Advanced Battery Technologies Research

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Department of Energy Engineering

Hanyang University

Department of Chemistry, “Sapienza” University of Rome, P.le Aldo Moro 5, 00185 Rome, Italy

Department of Chemistry and Drug Technologies, “Sapienza” University of Rome, P.le Aldo Moro 5, 00185 Rome, Italy

Department of Physics

Chalmers University of Technology

Department of Battery Engineering

Funding

National Research Foundation of Korea · NextGenerationEU

References (100+)

Show source-provided references
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2. 10.1021/ja402597g10.1021/ja402597g ↗
3. 10.1021/nn403108w10.1021/nn403108w ↗
4. 10.1002/adma.20190432010.1002/adma.201904320 ↗
5. 10.1002/adfm.20130390910.1002/adfm.201303909 ↗
6. Papp J. F. · Mineral Commodity Summaries 2023 · 2023
7. 10.1021/acsnano.9b0453810.1021/acsnano.9b04538 ↗
8. 10.1016/j.cej.2023.14491410.1016/j.cej.2023.144914 ↗
9. 10.1002/adma.20231147510.1002/adma.202311475 ↗
10. 10.1002/adma.20200075110.1002/adma.202000751 ↗
11. 10.1002/aenm.20230096210.1002/aenm.202300962 ↗
12. 10.1002/adma.20200384510.1002/adma.202003845 ↗
13. 10.1039/C4RA00446A10.1039/C4RA00446A ↗
14. 10.1039/C4CC00934G10.1039/C4CC00934G ↗
15. 10.1039/C4TA02017K10.1039/C4TA02017K ↗
16. 10.1016/j.nanoen.2014.07.01210.1016/j.nanoen.2014.07.012 ↗
17. 10.1039/C4RA06856D10.1039/C4RA06856D ↗
18. 10.1149/2.0451414jes10.1149/2.0451414jes ↗
19. 10.1039/C4RA10967H10.1039/C4RA10967H ↗
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21. 10.1073/pnas.080685710510.1073/pnas.0806857105 ↗
22. 10.1038/nmat222610.1038/nmat2226 ↗
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24. 10.1016/j.ssi.2015.03.00710.1016/j.ssi.2015.03.007 ↗
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38. 10.1007/s40843-015-0030-910.1007/s40843-015-0030-9 ↗
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75. 10.1039/D0SC01474E10.1039/D0SC01474E ↗
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78. 10.1016/j.jcis.2020.12.08310.1016/j.jcis.2020.12.083 ↗
79. 10.1038/s41467-022-29537-510.1038/s41467-022-29537-5 ↗
80. 10.1002/aenm.20210399810.1002/aenm.202103998 ↗
81. 10.1039/D0QI01302A10.1039/D0QI01302A ↗
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83. 10.1016/j.cej.2020.12779210.1016/j.cej.2020.127792 ↗
84. 10.1016/j.electacta.2021.13779010.1016/j.electacta.2021.137790 ↗
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94. 10.1039/C8TA12537F10.1039/C8TA12537F ↗
95. 10.1016/j.electacta.2020.13633110.1016/j.electacta.2020.136331 ↗
96. 10.1016/j.jpowsour.2020.22795510.1016/j.jpowsour.2020.227955 ↗
97. 10.1021/acsami.0c2106510.1021/acsami.0c21065 ↗
98. 10.1007/s40820-021-00629-z10.1007/s40820-021-00629-z ↗
99. 10.1002/adma.20200353410.1002/adma.202003534 ↗
100. 10.1016/j.ensm.2019.12.03010.1016/j.ensm.2019.12.030 ↗