Accounts

Design and Preparation of Advanced Materials for Lithium-Air Batteries

  • Liu Qingchao ,
  • Ma Shiyu ,
  • Xu Jijing ,
  • Li Zhongjun ,
  • Zhang Xinbo
Expand
  • (a The College of Chemistry and Molecular Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001)
    (b Key Laboratory of Rare Earth Resource Utilization, Changchun Institute of Applied Chemistry, Chinese Academy of
    Sciences, Changchun 130022)

Received date: 2016-07-06

  Revised date: 2016-12-19

  Online published: 2016-12-20

Supported by

Project supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 21422108).

Abstract

Due to the ultrahigh theoretical energy density, lithium-air battery is proposed as the next generation electrochemical
energy storage devices. The improvement of lithium-air battery’s electrochemical performances and its application
largely rely on highly efficient and stable electrodes. In this review, the development and design of air cathode, modification
and protection of lithium anode and assembly of new type lithium-air batteries were summarized.

Cite this article

Liu Qingchao , Ma Shiyu , Xu Jijing , Li Zhongjun , Zhang Xinbo . Design and Preparation of Advanced Materials for Lithium-Air Batteries[J]. Acta Chimica Sinica, 2017 , 75(2) : 137 -146 . DOI: 10.6023/A16070326

References

[1] Bruce, P. G.; Freunberger, S. A.; Hardwick, L. J.; Tarascon, J. M. Nat. Mater. 2012, 11, 19.
[2] Luntz, A. C.; Mccloskey, B. D. Chem. Rev. 2014, 114, 11721.
[3] Wang, Z. L.; Xu, D.; Xu, J. J.; Zhang, X. B. Chem. Soc. Rev. 2013, 43, 7746.
[4] Cheng, F.-Y.; Chen, J. Acta Chim. Sinica 2013, 71, 473. (程方益, 陈军, 化学学报, 2013, 71, 473.)
[5] Ryu, W. H.; Yoon, T. H.; Song, S. H.; Jeon, S.; Park, Y. J.; Kim, I. D. Nano Lett. 2013, 13, 4190.
[6] Oh, S. H.; Black, R.; Pomerantseva, E.; Lee, J. H.; Nazar, L. F. Nat. Chem. 2012, 4, 1004.
[7] Zhao, Y. L.; Xu, L.; Mai, L. Q.; Han, C. H.; An, Q. Y.; Xu, X.; Liu, X.; Zhang, Q. J. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2012, 109, 19569.
[8] Zhang, Z. A.; Zhou, G.; Chen, W.; Lai, Y. Q.; Li, J. ECS Electrochem. Lett. 2014, 3, A8.
[9] Cao, Y.; Wei, Z. K.; He, J.; Zang, J.; Zhang, Q.; Zheng, M. S.; Dong, Q. F. Energy Environ. Sci. 2012, 5,9765.
[10] Li, F. J.; Ohnishi, R.; Yamada, Y.; Kubota, J.; Domen, K.; Yamada, A.; Zhou, H. S. Chem. Commun. 2013, 49, 1175.
[11] Dong, S. M.; Chen, X.; Zhang, K. J.; Gu, L.; Zhang, L. X.; Zhou, X. H.; Li, L. F.; Liu, Z. H.; Han, P. X.; Xu, H. X.; Yao, J. H.; Zhang, C. J.; Zhang, X. Y.; Shang, C. Q.; Cui, G. L.; Chen, L. Q. Chem. Commun. 2011, 47, 11291.
[12] Mccloskey, B. D.; Scheffler, R.; Speidel, A.; Bethune, D. S.; Shelby, R. M.; Luntz, A. C. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 18038.
[13] Lu, Y. C.; Gasteiger, H. A.; Yang, S. H. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 19048.
[14] Yu, X. W.; Ye, S. Y. J. Power Sources 2007, 172, 133.
[15] Sun, B.; Munroe, P.; Wang, G. X. Sci. Rep. 2013, 3, 2247.
[16] Sun, B.; Chen, S.; Liu, H.; Wang, G. Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 4436.
[17] Jung, H. G.; Jeong, Y. S.; Park, J. B.; Sun, Y. K.; Scrosati, B.; Lee, Y. J. ACS Nano 2013, 7, 3532.
[18] Li, F. J.; Chen, Y.; Tang, D. M.; Jian, Z. L.; Liu, C.; Golberg, D.; Yamada; Zhou, H. S. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 1648.
[19] Yilmaz, E.; Yogi, C.; Yamanaka, K.; Ohta, T.; Byon, H. R. Nano Lett. 2013, 13, 4679.
[20] Li, F. J.; Tang, D. M.; Chen, Y.; Golberg, D.; Kitaura, H.; Zhang, T.; Yamada, A.; Zhou, H. S. Nano Lett. 2013, 13, 4702.
[21] Jian, Z. L.; Liu, P.; Li, F. J.; He, P.; Guo, X. W.; Chen, M. W.; Zhou, H. S. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 442.
[22] Chang, Z. W.; Xu, J. J.; Liu, Q. C.; Li, L.; Zhang, X. B. Adv. Energy Mater. 2015, 22, 1500633.
[23] Thotiyl, M. M. O.; Freunberger, S. A.; Peng, Z. Q.; Bruce, P. G. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 494.
[24] Mccloskey, B. D.; Speidel, A.; Scheffler, R.; Miller, D. C.; Viswanathan, V.; Hummelshoj, J. S.; Norskov, J. K.; Luntz, A. C. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 997.
[25] Black, R.; Oh, S. H.; Lee, J. H.; Yim, T.; Adams, B.; Nazar, L. F. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 2902.
[26] Thotiyl, M. M. O.; Freunberger, S. A.; Peng, Z. Q.; Chen, Y. H.; Liu, Z.; Bruce, P. G. Nat. Mater. 2013, 12, 1049.
[27] Riaz, A.; Jung, K. N.; Chang, W.; Lee, S. B.; Lim, T. H.; Park, S. J.; Song, R. H.; Yoon, S.; Shin, K. H.; Lee, J. W. Chem. Commun. 2013, 49, 5984.
[28] Cui, Y. M.; Wen, Z. Y.; Liu, Y. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 4727.
[29] Shui, J. L.; Okasinski, J. S.; Kenesei, P.; Dobbs, H. A.; Zhao, D.; Almer, J. D.; Liu, D. J. Nat. Commun. 2013, 4, 2255.
[30] Kang, S. J.; Mori, T.; Suk, J.; Kim, D. W.; Kang, Y. K.; Wilcke, W.; Kim, H. C. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 9970.
[31] Walker, W.; Giordani, V.; Uddin, J.; Bryantsev, V. S.; Chase, G. V.; Addison, D. A. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 2076.
[32] Hassoun, J.; Jung, H. G.; Lee, D. J.; Park, J. B.; Amine, K.; Sun, Y. K.; Scrosati, B. Nano Lett. 2012, 12, 5775.
[33] Yang, X. H.; He, P.; Xia, Y. Y. Electrochem. Commun. 2009, 11, 1127.
[34] Mirzaeian, M.; Hall, P. J. Electrochim. Acta 2009, 54, 7444.
[35] Nakanishi, S.; Mizuno, F.; Nobuhara, K.; Abe, T.; Iba, H. Carbon 2012, 50, 4794.
[36] Xiao, J.; Mei, D. H.; Li, X. L.; Xu, W.; Wang, D. Y.; Graff, G. L.; Bennett, W. D.; Nie, Z. M.; Saraf, L. V.; Aksay, I. A.; Liu, J.; Zhang, J. G. Nano Lett. 2011, 11, 5071.
[37] Lim, H. D.; Park, K. Y.; Song, H.; Jang, E. Y.; Gwon, H.; Kim, J.; Kim, Y. H.; Lima, M. D.; Robles, R. O.; Lepro, X.; Baughman, R. H.; Kang, K. Adv. Mater. 2013, 25, 1348.
[38] Cui, Y. M.; Wen, Z. Y.; Liang, X.; Lu, Y.; Jin, J.; Wu, M. F.; Wu, X.W. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 7893.
[39] Xu, J. J.; Wang, Z. L.; Xu, D.; Zhang, L. L.; Zhang, X. B. Nat. Commun. 2013, 4, 2438.
[40] Shao, Y. Y.; Ding, F.; Xiao, J.; Zhang, J.; Xu, W.; Park, S.; Zhang, J. G.; Wang, Y.; Liu, J. Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 987.
[41] Wang, Z. L.; Xu, D.; Xu, J. J.; Zhang, L. L.; Zhang, X. B. Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 3699.
[42] Zhang, L. L.; Zhang, X. B.; Wang, Z. L.; Xu, J. J.; Xu, D.; Wang, L. M. Chem. Commun. 2012, 48, 7598.
[43] Zhang, L. L.; Wang, Z. L.; Xu, D.; Xu, J. J.; Zhang, X. B.; Wang, L. M. Chin. Sci. Bull. 2012, 57, 4210.
[44] Liu, Q. C.; Xu, J. J.; Chang, Z. W.; Zhang, X. B. J. Mater. Chem. A 2013, 2, 6081.
[45] Liu, Q. C.; Jiang, Y. S.; Xu, J. J.; Xu, D.; Chang, Z. W.; Yin, Y. B.; Liu, W. Q.; Zhang, X. B. Nano Res. 2015, 8, 576.
[46] Liu, Q. C.; Xu, J. J.; Chang, Z. W.; Yin, Y. B.; Yang, X. Y.; Liu, T.; Jiang, Y. S.; Yan, J. M.; Zhang, X. B. Part. Part. Syst. Charact. 2016, 33, 500.
[47] Xu, J. J.; Wang, Z. L.; Xu, D.; Meng, F. Z.; Zhang, X. B. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 2213.
[48] Xu, J. J.; Xu, D.; Wang, Z. L.; Wang, H. G.; Zhang, L. L.; Zhang, X. B. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 3887.
[49] Huang, X.; Yu, H.; Tan, H. T.; Zhu, J. X.; Zhang, W. Y.; Wang, C. Y.; Zhang, J.; Wang, Y. X.; Lv, Y. B.; Zeng, Z.; Liu, D. Y.; Ding, J.; Zhang, Q. C.; Srinivasan, M.; Ajayan, P. M.; Hng, H. H.; Yan, Q. Y. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 6516.
[50] Tian, F.; Radin, M. D.; Siegel, D. J. Chem. Mater. 2014, 26, 2952.
[51] Geng, W. T.; He, B. L.; Ohno, T. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 25222.
[52] Liu, Q. C.; Xu, J. J.; Xu, D.; Zhang, X. B. Nat. Commun. 2015, 6, 7892.
[53] Lipomi, D. J.; Tee, B. C. K.; Vosgueritchian, M.; Bao, Z. N. Adv. Mater. 2011, 23, 1771.
[54] Liu, Q. C.; Xu, J. J.; Yuan, S.; Chang, Z. W.; Xu, D.; Yin, Y. B.; Li, L.; Zhong, H. X.; Jiang, Y. S.; Yan, J. M.; Zhang, X. B. Adv. Mater. 2015, 27, 5241.
[55] Cheng, X. L.; Hu, M.; Huang, R.; Jiang, J. S. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 19176.
[56] Nakai, H.; Kubota, T.; Kita, A.; Kawashima, A. J. Electrochem. Soc. 2011, 158, A798.
[57] Liu, Q. C.; Li, L.; Xu, J. J.; Chang, Z. W.; Xu, D.; Yin, Y. B.; Yang, X. Y.; Liu, T.; Jiang, Y. S.; Yan, J. M.; Zhang, X. B. Adv. Mater. 2015, 27, 8095.
[58] Liu, T.; Liu, Q. C.; Xu, J. J.; Zhang, X. B. Small 2016, 12, 3101.
[59] Gu, D.-M.; Wang, Y.; Gu, S.; Zhang, C.-M.; Yang, D.-D. Acta Chim. Sinica 2013, 71, 1354. (顾大明, 王余, 顾硕, 张传明, 杨丹丹, 化学学报, 2013, 71, 1354.)
[60] Jiang, J.; Liu, X.; Zhao, S.; He, P.; Zhou, H. Acta Chim. Sinica 2014, 72, 417. (蒋颉, 刘晓飞, 赵世勇, 何平, 周豪慎, 化学学报, 2014, 72, 417.)
[61] Chen, Y. H.; Freunberger, S. A.; Peng, Z. Q.; Fontaine, O.; Bruce, P. G. Nat. Chem. 2013, 5, 489.
[62] Lim, H. D.; Song, H.; Kim, J.; Gwon, H.; Bae, Y.; Park, K. Y.; Hong, J.; Kim, H.; Kim, T.; Kim, Y. H.; Lepro, X.; Ovalle-robles, R.; Baughman, R. H.; Kang, K. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 3926.
[63] Sun, D.; Shen, Y.; Zhang, W.; Yu, L.; Yi, Z. Q.; Yin, W.; Wang, D.; Huang, Y. H.; Wang, J.; Wang, D. L.; Goodenough, J. B. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 8941.
[64] Bergner, B. J.; Schürmann, A.; Peppler, K.; Garsuch, A.; Janek, J. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 15054.
[65] Gao, X.; Chen, Y.; Johnson, L.; Bruce, P. G. Nat. Mater. 2016, 15, 882.

Outlines

/