Published January 1, 2023 | Version v1
Publication Open

Recent developments in Nb‐based oxides with crystallographic shear structures as anode materials for high‐rate lithium‐ion energy storage

Creators

  • 1. Humboldt-Universität zu Berlin
  • 2. Universidade Federal de Minas Gerais

Description

Abstract High‐power lithium‐ion batteries (LIBs) are required for a variety of technological applications, especially in the field of electric vehicles (EVs). Oxides based on niobium, titanium, and tungsten, and having crystallographic shear structures, are considered promising materials for high‐rate anodes of LIBs. The unique structures with open channels, multielectron redox processes, and a moderate potential window with a resulting solid electrolyte interface‐free interface provide them with rapid Li‐ion diffusion pathways, fairly high capacities, and high safety. In this review, the recent advancements in diverse crystallographic shear structure Nb‐based oxide anodes for fast Li‐ion energy storage are comprehensively presented, with a specific focus on the relationships between the crystal structures and electronic properties, lithiation mechanisms, kinetic properties, and electrochemical performance. The challenges in the design, optimization, and practical application of oxides with crystallographic shear structures are also discussed, together with strategies to overcome these challenges and prospects for the future.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

بطاريات ليثيومأيون عالية الطاقة التجريدية (LIBs) مطلوبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات التكنولوجية، خاصة في مجال المركبات الكهربائية (EVs). تعتبر الأكاسيد التي تعتمد على النيوبيوم والتيتانيوم والتنغستن، ولها هياكل قص بلورية، مواد واعدة للأنودات عاليةالمعدل من LIBs. توفر الهياكل الفريدة ذات القنوات المفتوحة، وعمليات الأكسدة الاختزالية متعددة الإلكترونات، ونافذة محتملة معتدلة مع واجهةخالية من المنحل بالكهرباء الصلبة الناتجة مسارات انتشار ليثيومأيون سريعة، وقدرات عالية إلى حد ما، وسلامة عالية. في هذه المراجعة، يتم عرض التطورات الأخيرة في هيكل القص البلوري المتنوع أنودات أكسيد أساسها Nb لتخزين طاقة الليثيوم أيون بسرعة بشكل شامل، مع التركيز بشكل خاص على العلاقات بين الهياكل البلورية والخصائص الإلكترونية، وآليات الليثنة، والخصائص الحركية، والأداء الكهروكيميائي. كما تمت مناقشة التحديات في التصميم والتحسين والتطبيق العملي للأكاسيد مع هياكل القص البلورية، إلى جانب استراتيجيات للتغلب على هذه التحديات وآفاق المستقبل.

Translated Description (French)

Résumé Les batteries lithium-ion (LIB) haute puissance sont nécessaires pour une variété d'applications technologiques, en particulier dans le domaine des véhicules électriques (VE). Les oxydes à base de niobium, de titane et de tungstène, et ayant des structures de cisaillement cristallographique, sont considérés comme des matériaux prometteurs pour les anodes à hautdébit des LIB. Les structures uniques avec des canaux ouverts, des processus redox à plusieurs électrons et une fenêtre de potentiel modérée avec une interface sans interface électrolytique solide résultante leur fournissent des voies de diffusion d'ions Li rapides, des capacités assez élevées et une sécurité élevée. Dans cette revue, les progrès récents dans diverses anodes d'oxyde à base de Nb à structure de cisaillement cristallographique pour le stockage rapide de l'énergie ionique Li sont présentés de manière exhaustive, avec un accent particulier sur les relations entre les structures cristallines et les propriétés électroniques, les mécanismes de lithiation, les propriétés cinétiques et les performances électrochimiques. Les défis de la conception, de l'optimisation et de l'application pratique des oxydes avec des structures de cisaillement cristallographique sont également discutés, ainsi que les stratégies pour surmonter ces défis et les perspectives d'avenir.

Translated Description (Spanish)

Resumen Las baterías de iones de litio (Lib) de alta potencia son necesarias para una variedad de aplicaciones tecnológicas, especialmente en el campo de los vehículos eléctricos (EV). Los óxidos a base de niobio, titanio y tungsteno, y que tienen estructuras de cizallamiento cristalográfico, se consideran materiales prometedores para ánodos de altavelocidad de Lib. Las estructuras únicas con canales abiertos, procesos redox multielectrónicos y una ventana de potencial moderado con una interfazlibre de electrolito sólido resultante les proporcionan vías de difusión deiones Li rápidas, capacidades bastante altas y alta seguridad. En esta revisión, se presentan exhaustivamente los avances recientes en diversos ánodos de óxido a base de estructura de cizallamiento cristalográfico Nb para el almacenamiento rápido de energía de iones de litio, con un enfoque específico en las relaciones entre las estructuras cristalinas y las propiedades electrónicas, los mecanismos de litiación, las propiedades cinéticas y el rendimiento electroquímico. También se discuten los desafíos en el diseño, optimización y aplicación práctica de óxidos con estructuras de cizallamiento cristalográfico, junto con estrategias para superar estos desafíos y perspectivas de futuro.

Files

bte2.20220037.pdf

Files (16.0 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:a00fcad55cb0111704ff1a4431a51123
16.0 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التطورات الأخيرة في أكاسيد أساسها Nb مع هياكل قص بلورية كمواد أنود لتخزين طاقة ليثيومأيون عالية المعدل
Translated title (French)
Développements récents dans les oxydes àbase de Nb avec des structures de cisaillement cristallographique comme matériaux d'anode pour le stockage d'énergie lithium-ion à haut débit
Translated title (Spanish)
Desarrollos recientes en óxidos a base de Nb con estructuras de cizallamiento cristalográfico como materiales de ánodo para el almacenamiento de energía de iones de litiode alta velocidad

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4313646405
DOI
10.1002/bte2.20220037

Is supplement to
https://openalex.org/W3185165608 (Other)
https://openalex.org/W3045498646 (Other)
https://openalex.org/W2981845783 (Other)
https://openalex.org/W2548018666 (Other)
https://openalex.org/W2522329980 (Other)
https://openalex.org/W2348659440 (Other)
https://openalex.org/W2056943440 (Other)
https://openalex.org/W1985641895 (Other)
https://openalex.org/W1983325697 (Other)
https://openalex.org/W1982339678 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1757507170
  • https://openalex.org/W1879754231
  • https://openalex.org/W1979561325
  • https://openalex.org/W2006196710
  • https://openalex.org/W2020931722
  • https://openalex.org/W2025138702
  • https://openalex.org/W2040333721
  • https://openalex.org/W2042641611
  • https://openalex.org/W2044833896
  • https://openalex.org/W2053182315
  • https://openalex.org/W2077212588
  • https://openalex.org/W2078446783
  • https://openalex.org/W2091588418
  • https://openalex.org/W2114619406
  • https://openalex.org/W2119323832
  • https://openalex.org/W2119550071
  • https://openalex.org/W2127194196
  • https://openalex.org/W2312904013
  • https://openalex.org/W2415044037
  • https://openalex.org/W2513327021
  • https://openalex.org/W2536523638
  • https://openalex.org/W2593554530
  • https://openalex.org/W2600223689
  • https://openalex.org/W2603412192
  • https://openalex.org/W2606482816
  • https://openalex.org/W2617466680
  • https://openalex.org/W2695355243
  • https://openalex.org/W2734723931
  • https://openalex.org/W2739357173
  • https://openalex.org/W2745936736
  • https://openalex.org/W2753749122
  • https://openalex.org/W2755212369
  • https://openalex.org/W2756693748
  • https://openalex.org/W2757324713
  • https://openalex.org/W2761989258
  • https://openalex.org/W2765132905
  • https://openalex.org/W2765343318
  • https://openalex.org/W2767781280
  • https://openalex.org/W2770056379
  • https://openalex.org/W2789293178
  • https://openalex.org/W2790766481
  • https://openalex.org/W2794322637
  • https://openalex.org/W2802401210
  • https://openalex.org/W2803421838
  • https://openalex.org/W2804267989
  • https://openalex.org/W2805575143
  • https://openalex.org/W2808749062
  • https://openalex.org/W2854637298
  • https://openalex.org/W2884793593
  • https://openalex.org/W2889655512
  • https://openalex.org/W2890501933
  • https://openalex.org/W2895978445
  • https://openalex.org/W2904247133
  • https://openalex.org/W2909391228
  • https://openalex.org/W2911995295
  • https://openalex.org/W2913751652
  • https://openalex.org/W2914495763
  • https://openalex.org/W2914563923
  • https://openalex.org/W2920123815
  • https://openalex.org/W2923553131
  • https://openalex.org/W2948650589
  • https://openalex.org/W2951694474
  • https://openalex.org/W2971823966
  • https://openalex.org/W2978399614
  • https://openalex.org/W2980644324
  • https://openalex.org/W2983762108
  • https://openalex.org/W2995299280
  • https://openalex.org/W2999494747
  • https://openalex.org/W3007976006
  • https://openalex.org/W3008345075
  • https://openalex.org/W3012589759
  • https://openalex.org/W3016790186
  • https://openalex.org/W3018282281
  • https://openalex.org/W3018369884
  • https://openalex.org/W3021793950
  • https://openalex.org/W3024105534
  • https://openalex.org/W3032269768
  • https://openalex.org/W3032307342
  • https://openalex.org/W3034657309
  • https://openalex.org/W3036935825
  • https://openalex.org/W3037401619
  • https://openalex.org/W3090937226
  • https://openalex.org/W3092765121
  • https://openalex.org/W3106451254
  • https://openalex.org/W3115963133
  • https://openalex.org/W3119024749
  • https://openalex.org/W3133690271
  • https://openalex.org/W3160350044
  • https://openalex.org/W3164847443
  • https://openalex.org/W3165271423
  • https://openalex.org/W3194304626
  • https://openalex.org/W3199454340
  • https://openalex.org/W3199670063
  • https://openalex.org/W3207388144
  • https://openalex.org/W3214046391
  • https://openalex.org/W4200089760
  • https://openalex.org/W4200207028
  • https://openalex.org/W4200459170
  • https://openalex.org/W4205168463
  • https://openalex.org/W4205536473
  • https://openalex.org/W4210355494
  • https://openalex.org/W4212764889
  • https://openalex.org/W4213200749
  • https://openalex.org/W4214866592
  • https://openalex.org/W4220736077
  • https://openalex.org/W4220860398
  • https://openalex.org/W4220908541
  • https://openalex.org/W4221058764