journal article·2019-05

Hybridization design of materials and devices for flexible electrochemical energy storage

Ruizuo Hou, Girish Sambhaji Gund, Kai Qi, Puritut Nakhanivej, Hongfang Liu, Feng Li, Bao Yu Xia, Ho Seok Park

Publisher page

Abstract

Abstract Electrochemical energy storage devices are considered promising flexible energy storage systems because of their high power, fast charging rates, long-term cyclability, and simple configurations. However, the critical issues including low energy density, performance degradation, safety, versatile form factors, and compact device integration should be considered. Herein, we comprehensively review the key aspects of flexible electrochemical energy storage systems with hybrid design from the electrode materials and devices to overcome these impediments and simultaneously achieve both performance and flexibility. We address the fundamental aspects, classification, and design guidelines of flexible hybrid electrochemical energy storage systems in terms of the hybridizations of materials and devices. We finally offer our perspective on the current impediments and future directions to promote continuous innovation and practical application of flexible electrochemical energy storage systems and beyond.
Source: openaire · Quality: candidate unverified · Source record ↗

Research context

OpenAlex topics: Supercapacitor Materials and Fabrication · Advanced battery technologies research · Conducting polymers and applications

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

References (100+)

Show source-provided references
1. Lethien · Energy Environ. Sci. · 2019 · 12 · 9610.1039/C8EE02029A ↗
2. Sun · Nat. Rev. Mater. · 2019 · 4 · 4510.1038/s41578-018-0069-9 ↗
3. MacKenzie · IEEE · 2015 · 103 · 53510.1109/JPROC.2015.2406340 ↗
4. Kyeremateng · Nat. Nanotechnol. · 2017 · 12 · 710.1038/nnano.2016.196 ↗
5. Liu · Adv. Mater. · 2018 · 30 · 170519510.1002/adma.201705195 ↗
6. Shen · Adv. Mater. · 2018 · 30 · 187012810.1002/adma.201870128 ↗
7. Zhang · Nano Energy · 2018 · 47 · 41010.1016/j.nanoen.2018.02.046 ↗
8. Lukatskaya · Nat. Commun. · 2016 · 7 · 1264710.1038/ncomms12647 ↗
9. Dubal · Chem. Soc. Rev. · 2015 · 44 · 177710.1039/C4CS00266K ↗
10. Simon · Nat. Mater. · 2008 · 7 · 84510.1038/nmat2297 ↗
11. Brisse · Electrochim. Acta · 2018 · 279 · 16110.1016/j.electacta.2018.04.202 ↗
12. Brisse · Materials · 2018 · 11 · 117810.3390/ma11071178 ↗
13. Ding · Chem. Rev. · 2018 · 118 · 645710.1021/acs.chemrev.8b00116 ↗
14. Kim · Adv. Energy Mater. · 2015 · 5 · 150095910.1002/aenm.201500959 ↗
15. Lim · Nat. Commun. · 2016 · 7 · 1036410.1038/ncomms10364 ↗
16. Liu · Nano Energy · 2018 · 44 · 16410.1016/j.nanoen.2017.12.006 ↗
17. Wang · Energy Environ. Sci. · 2015 · 8 · 79010.1039/C4EE03685A ↗
18. Xue · Small · 2017 · 13 · 170182710.1002/smll.201701827 ↗
19. Dubal · Chem. Soc. Rev. · 2018 · 47 · 206510.1039/C7CS00505A ↗
20. Hu · ACS Nano · 2010 · 4 · 584310.1021/nn1018158 ↗
21. Cericola · Electrochim. Acta · 2012 · 72 · 110.1016/j.electacta.2012.03.151 ↗
22. Xie · Adv. Mater. · 2014 · 26 · 359210.1002/adma.201305919 ↗
23. Tyagi · J. Mater. Chem. A · 2015 · 3 · 2250710.1039/C5TA05666G ↗
24. Choi · Energy Environ. Sci. · 2016 · 9 · 281210.1039/C6EE00966B ↗
25. Tie · Energy Storage Mater. · 2018
26. Winter · Chem. Rev. · 2004 · 104 · 424510.1021/cr020730k ↗
27. Arico · Nat. Mater. · 2005 · 4 · 36610.1038/nmat1368 ↗
28. Yang · Chem. Rev. · 2015 · 115 · 515910.1021/cr5006217 ↗
29. Kötz · Electrochim. Acta · 2000 · 45 · 248310.1016/S0013-4686(00)00354-6 ↗
30. Frackowiak · Carbon · 2001 · 39 · 93710.1016/S0008-6223(00)00183-4 ↗
31. Zhang · Chem. Soc. Rev. · 2009 · 38 · 252010.1039/b813846j ↗
32. Wang · Chem. Soc. Rev. · 2012 · 41 · 79710.1039/C1CS15060J ↗
33. Wang · Chem. Soc. Rev. · 2016 · 45 · 592510.1039/C5CS00580A ↗
34. Largeot · J. Am. Chem. Soc. · 2008 · 130 · 273010.1021/ja7106178 ↗
35. Liu · Adv. Energy Mater. · 2011 · 1 · 110110.1002/aenm.201100255 ↗
36. B.E. Conway, Electrochemical Supercapacitors: Scientific Fundamentals and Technological Applications, Springer Science & Business Media 2013.
37. Yang · ACS Nano · 2013 · 7 · 261710.1021/nn306044d ↗
38. Béguin · Adv. Mater. · 2014 · 26 · 221910.1002/adma.201304137 ↗
39. Brousse · J. Electrochem. Soc. · 2015 · 162 · 518510.1149/2.0201505jes ↗
40. Augustyn · Nat. Mater. · 2013 · 12 · 51810.1038/nmat3601 ↗
41. Wu · Adv. Sci. · 2017 · 4 · 160038210.1002/advs.201600382 ↗
42. Kang · Nature · 2009 · 458 · 19010.1038/nature07853 ↗
43. Simon · Science · 2014 · 343 · 121010.1126/science.1249625 ↗
44. Pan · Adv. Sci. · 2018 · 5 · 170069110.1002/advs.201700691 ↗
45. J.-M. Tarascon, M. Armand, Issues and Challenges Facing Rechargeable Lithium Batteries, Materials for Sustainable Energy: A Collection of Peer-Reviewed Research and Review Articles from Nature Publishing Group, World Scientific 2011, 171-179.10.1142/9789814317665_0024 ↗
46. Wang · J. Phys. Chem. C · 2007 · 111 · 1492510.1021/jp074464w ↗
47. Brezesinski · Nat. Mater. · 2010 · 9 · 14610.1038/nmat2612 ↗
48. Li · Chem. Mater. · 2016 · 28 · 575310.1021/acs.chemmater.6b01988 ↗
49. Chen · Nat. Commun. · 2015 · 6 · 692910.1038/ncomms7929 ↗
50. Zhu · Adv. Energy Mater. · 2017 · 7 · 160123410.1002/aenm.201601234 ↗
51. Zhu · Nano Lett. · 2015 · 16 · 74210.1021/acs.nanolett.5b04610 ↗
52. Horng · J. Power Sources · 2010 · 195 · 441810.1016/j.jpowsour.2010.01.046 ↗
53. Xia · ACS Nano · 2012 · 6 · 553110.1021/nn301454q ↗
54. Xiao · Nano Lett. · 2014 · 14 · 83110.1021/nl404199v ↗
55. Rajkumar · Prog. Nat. Sci.-Mater. · 2015 · 25 · 52710.1016/j.pnsc.2015.11.012 ↗
56. Shao · Chem. Rev. · 2018 · 118 · 923310.1021/acs.chemrev.8b00252 ↗
57. Le · ACS Nano · 2013 · 7 · 594010.1021/nn4016345 ↗
58. Ricketts · J. Power Sources · 2000 · 89 · 6410.1016/S0378-7753(00)00387-6 ↗
59. Azaïs · J. Power Sources · 2007 · 171 · 104610.1016/j.jpowsour.2007.07.001 ↗
60. Fan · Adv. Funct. Mater. · 2011 · 21 · 236610.1002/adfm.201100058 ↗
61. Chang · Adv. Funct. Mater. · 2013 · 23 · 507410.1002/adfm201301851 ↗
62. Wang · RSC Adv. · 2013 · 3 · 1305910.1039/c3ra23466e ↗
63. Khomenko · J. Power Sources · 2006 · 153 · 18310.1016/j.jpowsour.2005.03.210 ↗
64. Zhang · Adv. Energy Mater. · 2015 · 5 · 140140110.1002/aenm.201401401 ↗
65. Zhang · Accounts Chem. Res. · 2012 · 46 · 178310.1021/ar300209w ↗
66. Nardecchia · Chem. Soc. Rev. · 2013 · 42 · 79410.1039/C2CS35353A ↗
67. Chee · J. Phys. Chem. C · 2016 · 120 · 415310.1021/acs.jpcc.5b10187 ↗
68. Lee · Compos. Part A-Appl. S. · 2011 · 42 · 33710.1016/j.compositesa.2010.10.016 ↗
69. Niu · Adv. Mater. · 2012 · 24 · 414410.1002/adma.201200197 ↗
70. Guan · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2014 · 6 · 762610.1021/am5009369 ↗
71. Souri · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2018 · 10 · 2084510.1021/acsami.8b04775 ↗
72. Dong · J. Mater. Chem. A · 2017 · 5 · 1993410.1039/C7TA06135H ↗
73. Chmiola · Science · 2006 · 313 · 176010.1126/science.1132195 ↗
74. Gao · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2018 · 10 · 2859710.1021/acsami.8b08680 ↗
75. Wang · Adv. Mater. · 2014 · 26 · 476310.1002/adma.201400910 ↗
76. Dong · J. Mater. Chem. A · 2016 · 4 · 465910.1039/C5TA10582J ↗
77. Liu · Chem. Soc. Rev. · 2016 · 45 · 434010.1039/C6CS00041J ↗
78. Yang · Nano Energy · 2014 · 8 · 27410.1016/j.nanoen.2014.05.022 ↗
79. Senthilkumar · J. Mater. Chem. A · 2015 · 3 · 2086310.1039/C5TA04731E ↗
80. Wang · Mater. Today · 2015 · 18 · 26510.1016/j.mattod.2015.01.002 ↗
81. Vlad · Adv. Energy Mater. · 2015 · 5 · 140211510.1002/aenm.201402115 ↗
82. Di Pietro · Commun. ACM · 2003 · 46 · 7410.1145/903893.903897 ↗
83. Chen · Nano Energy · 2015 · 15 · 110.1016/j.nanoen.2015.03.040 ↗
84. Wen · Adv. Mater. · 2016 · 28 · 430610.1002/adma.201504225 ↗
85. Ge · Nano Energy · 2015 · 11 · 56810.1016/j.nanoen.2014.11.023 ↗
86. Gund · Sci. Rep. · 2015 · 5 · 1245410.1038/srep12454 ↗
87. Xu · RSC Adv. · 2015 · 5 · 2201510.1039/C5RA01917F ↗
88. Choi · Nano Lett. · 2016 · 16 · 767710.1021/acs.nanolett.6b03739 ↗
89. Yang · Sci. Rep. · 2017 · 7 · 4016310.1038/srep40163 ↗
90. Gund · Joule · 2019 · 3 · 16410.1016/j.joule.2018.10.017 ↗
91. Huang · Science · 2016 · 351 · 69110.1126/science.aad3345 ↗
92. Yousaf · Adv. Energy Mater. · 2016 · 6 · 160049010.1002/aenm.201600490 ↗
93. Kumar · Mater. Today Energy · 2017 · 4 · 4110.1016/j.mtener.2017.03.004 ↗
94. Liu · Nano Lett. · 2010 · 10 · 486310.1021/nl102661q ↗
95. Afsar · ACS Omega · 2019 · 4 · 203010.1021/acsomega.8b01854 ↗
96. K. Seshan, D. Schepis, William Andrew 2018.
97. W. Kern, Thin Film Processes II, Academic Press 2012.
98. Xu · Nano Res. · 2011 · 4 · 87010.1007/s12274-011-0143-8 ↗
99. Dong · J. Mater. Chem. A · 2015 · 3 · 472910.1039/C4TA06494A ↗
100. Paraknowitsch · Energy Environ. Sci. · 2013 · 6 · 283910.1039/c3ee41444b ↗