A chronicle of titanium niobium oxide materials for high-performance lithium-ion batteries: From laboratory to industry

Abstract

Titanium niobium oxide (TiNb_xO_{2 + 2.5x}) is emerging as a promising electrode material for rechargeable lithium-ion batteries (LIBs) due to its exceptional safety characteristics, high electrochemical properties (e.g., cycling stability and rate performance), and eco-friendliness. However, several intrinsic critical drawbacks, such as relatively low electrical conductivity, significantly hinder its practical applications. Developing reliable strategies is crucial to accelerating the practical use of TiNb_xO_{2 + 2.5x}-based materials in LIBs, especially high-power LIBs. Here, we provide a chronicle review of the research progress on TiNb_xO_{2 + 2.5x}-based anodes from the early 1950s to the present, which is classified into early stage (before 2008), emerging stage (2008–2012), explosive stage (2013–2017), commercialization (2018), steady development (2018–2022), and new breakthrough stage (since 2022). In each stage, the advancements in the fundamental science and application of the TiNb_xO_{2 + 2.5x}-based anodes are reviewed, and the corresponding developing trends of TiNb_xO_{2 + 2.5x}-based anodes are summarized. Moreover, several future research directions to propel the practical use of TiNb_xO_{2 + 2.5x} anodes are suggested based on reviewing the history. This review is expected to pave the way for developing the fabrication and application of high-performance TiNb_xO_{2 + 2.5x}-based anodes for LIBs.

Keywords

anodes / chronicle perspective / lithium-ion battery / titanium niobium oxide

References

[1] J. M. Tarascon, M. Armand, Nature 2001, 414, 359.

[2] M. Li, J. Lu, Z. Chen, K. Amine, Adv. Mater. 2018, 30, 1800561.

[3] J. Duan, X. Tang, H. Dai, Y. Yang, W. Wu, X. Wei, Y. Huang, Electrochem. Energy Rev. 2020, 3, 1.

[4] T. Or, S. W. D. Gourley, K. Kaliyappan, A. Yu, Z. Chen, Carbon Energy 2020, 2, 6.

[5] Z. Liu, Q. Yu, Y. Zhao, R. He, M. Xu, S. Feng, S. Li, L. Zhou, L. Mai, Chem. Soc. Rev. 2019, 48, 285.

[6] M. Zheng, H. Tang, L. Li, Q. Hu, L. Zhang, H. Xue, H. Pang, Adv. Sci. 2018, 5, 1700592.

[7] J. Chai, N. Han, S. Feng, X. Huang, B. Tang, W. Zhang, Chem. Eng. J. 2023, 453, 139768.

[8] X. Zuo, J. Zhu, P. Müller-Buschbaum, Y.-J. Cheng, Nano Energy 2017, 31, 113.

[9] S. Liang, Y.-J. Cheng, J. Zhu, Y. Xia, P. Mueller-Buschbaum, Small Methods 2020, 4, 2000218.

[10] S. Sui, H. Xie, B. Chen, T. Wang, Z. Qi, J. Wang, J. Sha, E. Liu, S. Zhu, K. Lei, S. Zheng, G. Zhou, C. He, W. Hu, F. He, N. Zhao, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2024, e202411255.

[11] W. Cai, Y. X. Yao, G. L. Zhu, C. Yan, L. L. Jiang, C. He, J. Q. Huang, Q. Zhang, Chem. Soc. Rev. 2020, 49, 3806.

[12] Y. Qiao, H. Zhao, Y. Shen, L. Li, Z. Rao, G. Shao, Y. Lei, Ecomat 2023, 5, e12321.

[13] L. Qu, X. Hou, X. Huang, Q. Liang, Q. Ru, B. Wu, K. Lam, ChemElectroChem 2017, 4, 3148.

[14] M. Alipour, C. Ziebert, F. V. Conte, R. Kizilel, Batteries-Basel 2020, 6, 35.

[15] X. Li, X. Sun, X. Hu, F. Fan, S. Cai, C. Zheng, G. D. Stucky, Nano Energy 2020, 77, 105143.

[16] J. Bi, Z. Du, J. Sun, Y. Liu, K. Wang, H. Du, W. Ai, W. Huang, Adv. Mater. 2023, 35, 2210734.

[17] B. Chen, S. Sui, F. He, C. He, H. M. Cheng, S. Z. Qiao, W. Hu, N. Zhao, Chem. Soc. Rev. 2023, 52, 7802.

[18] Y.-S. Choi, D. O. Scanlon, J.-C. Lee, Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2003078.

[19] Y. Zhang, J. Huang, N. Saito, Z. Zhang, L. Yang, S. Hirano, Energy Storage Mater. 2023, 55, 364.

[20] S. Liang, X. Wang, Y.-J. Cheng, Y. Xia, P. Müller-Buschbaum, Energy Storage Mater. 2022, 45, 201.

[21] L. Jolivet, M. Leprince, S. Moncayo, L. Sorbier, C. P. Lienemann, V. Motto-Ros, Spectrochim. Acta, Part B 2019, 151, 41.

[22] L. Hu, L. Luo, L. Tang, C. Lin, R. Li, Y. Chen, J. Mater. Chem. A 2018, 6, 9799.

[23] L. Yan, X. Rui, G. Chen, W. Xu, G. Zou, H. Luo, Nanoscale 2016, 8, 8443.

[24] S. Liang, X. Wang, R. Qi, Y.-J. Cheng, Y. Xia, P. Mueller-Buschbaum, X. Hu, Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2201675.

[25] F. Yang, D. Wang, Y. Zhao, K.-L. Tsui, S. J. Bae, Energy 2018, 145, 486.

[26] J. Zhu, T. Wierzbicki, W. Li, J. Power Sources 2018, 378, 153.

[27] Y. H. Ye, D. L. Ba, S. L. Liu, Y. L. Chen, Y. Y. Li, J. P. Liu, Chem. J. Chinese U 2021, 42, 3005.

[28] S. F. Lou, X. Q. Cheng, Y. L. Ma, C. Y. Du, Y. Z. Gao, G. P. Yin, Prog. Chem. 2015, 27, 297.

[29] L. F. Shen, Y. Wang, H. F. Lv, S. Q. Chen, P. A. van Aken, X. J. Wu, J. Maier, Y. Yu, Adv. Mater. 2018, 30, 1804378.

[30] T. Liu, L. Lin, X. Bi, L. Tian, K. Yang, J. Liu, M. Li, Z. Chen, J. Lu, K. Amine, K. Xu, F. Pan, Nat. Nanotechnol. 2019, 14, 50.

[31] B.-S. Lee, Polymers 2020, 12, 2035.

[32] S. Jin, D. Mu, Z. Lu, R. Li, Z. Liu, Y. Wang, S. Tian, C. Dai, J. Clean. Prod. 2022, 340, 130535.

[33] J. F. Colin, V. Pralong, M. Hervieu, V. Caignaert, B. Raveau, Chem. Mater. 2008, 20, 1534.

[34] J.-T. Han, Y.-H. Huang, J. B. Goodenough, Chem. Mater. 2011, 23, 2027.

[35] X. Lu, Z. Jian, Z. Fang, L. Gu, Y. S. Hu, W. Chen, Z. Wang, L. Chen, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 2638.

[36] X. Wu, J. Miao, W. Han, Y. S. Hu, D. Chen, J. S. Lee, J. Kim, L. Chen, Electrochem. Commun. 2012, 25, 39.

[37] D. Saritha, U. V. Varadaraju, Mater. Res. Bull. 2013, 48, 2702.

[38] L. Fei, Y. Xu, X. Wu, Y. Li, P. Xie, S. Deng, S. Smirnov, H. Luo, Nanoscale 2013, 5, 11102.

[39] C. Lin, S. Yu, S. Wu, S. Lin, Z. Z. Zhu, J. Li, L. Lu, J. Mater. Chem. A 2015, 3, 8627.

[40] H. Song, Y. T. Kim, Chem. Commun. 2015, 51, 9849.

[41] A. G. Ashish, P. Arunkumar, B. Babu, P. Manikandan, S. Sarang, M. M. Shaijumon, Electrochim. Acta 2015, 176, 285.

[42] S. Li, X. Cao, C. N. Schmidt, Q. Xu, E. Uchaker, Y. Pei, G. Cao, J. Mater. Chem. A 2016, 4, 4242.

[43] G. Liu, X. Liu, Y. Zhao, X. Ji, J. Guo, Mater. Lett. 2017, 197, 38.

[44] Q. Cheng, J. Liang, Y. Zhu, L. Si, C. Guo, Y. Qian, J. Mater. Chem. A 2014, 2, 17258.

[45] C. Yang, S. Yu, Y. Ma, C. Lin, Z. Xu, H. Zhao, S. Wu, P. Zheng, Z. Z. Zhu, J. Li, N. Wang, J. Power Sources 2017, 360, 470.

[46] W. L. Wang, B. Y. Oh, J. Y. Park, H. Ki, J. Jang, G. Y. Lee, H. B. Gu, M. H. Ham, J. Power Sources 2015, 300, 272.

[47] T. Takashima, T. Tojo, R. Inada, Y. Sakurai, J. Power Sources 2015, 276, 113.

[48] G. Liu, B. Jin, R. Zhang, K. Bao, H. Xie, J. Guo, M. Wei, Q. Jiang, Int. J. Hydrogen Energy 2016, 41, 14807.

[49] W. Mao, K. Liu, G. Guo, G. Liu, K. Bao, J. Guo, M. Hu, W. Wang, B. Li, K. Zhang, Y. Qian, Electrochim. Acta 2017, 253, 396.

[50] K. Tang, X. Mu, P. A. van Aken, Y. Yu, J. Maier, Adv. Energy Mater. 2013, 3, 49.

[51] V. Aravindan, J. Sundaramurthy, P. Suresh Kumar, Y. S. Lee, S. Ramakrishna, S. Madhavi, Chem. Commun. 2015, 51, 2225.

[52] S. Jayaraman, V. Aravindan, P. Suresh Kumar, W. Chui Ling, S. Ramakrishna, S. Madhavi, ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 8660.

[53] H. Park, T. Song, U. Paik, J. Mater. Chem. A 2015, 3, 8590.

[54] X. Wang, G. Shen, Nano Energy 2015, 15, 104.

[55] S. Lou, Y. Ma, X. Cheng, J. Gao, Y. Gao, P. Zuo, C. Du, G. Yin, Chem. Commun. 2015, 51, 17293.

[56] L. Hu, C. F. Lin, C. H. Wang, C. Yang, J. B. Li, Y. J. Chen, S. W. Lin, Funct. Mater. Lett. 2016, 9, 1642004.

[57] H. Park, D. H. Shin, T. Song, W. I. Park, U. Paik, J. Mater. Chem. A 2017, 5, 6958.

[58] H. Yu, H. Lan, L. Yan, S. Qian, X. Cheng, H. Zhu, N. Long, M. Shui, J. Shu, Nano Energy 2017, 38, 109.

[59] D. Pham-Cong, J. H. Choi, J. Yun, A. S. Bandarenka, J. Kim, P. V. Braun, S. Y. Jeong, C. R. Cho, ACS Nano 2017, 11, 1026.

[60] Q. Fu, J. Hou, R. Lu, C. Lin, Y. Ma, J. Li, Y. Chen, Mater. Lett. 2018, 214, 60.

[61] V. Daramalla, T. R. Penki, M. N. , K. S.B. , Mater. Sci. Eng. B 2016, 213, 90.

[62] C. Jo, Y. Kim, J. Hwang, J. Shim, J. Chun, J. Lee, Chem. Mater. 2014, 26, 3508.

[63] B. Guo, X. Yu, X. G. Sun, M. Chi, Z. A. Qiao, J. Liu, Y. S. Hu, X. Q. Yang, J. B. Goodenough, S. Dai, Energy Environ. Sci. 2014, 7, 2220.

[64] S. Lou, X. Cheng, Y. Zhao, A. Lushington, J. Gao, Q. Li, P. Zuo, B. Wang, Y. Gao, Y. Ma, C. Du, G. Yin, X. Sun, Nano Energy 2017, 34, 15.

[65] H. Li, L. Shen, J. Wang, S. Fang, Y. Zhang, H. Dou, X. Zhang, J. Mater. Chem. A 2015, 3, 16785.

[66] Q. Cheng, J. Liang, N. Lin, C. Guo, Y. Zhu, Y. Qian, Electrochim. Acta 2015, 176, 456.

[67] H. Li, L. Shen, G. Pang, S. Fang, H. Luo, K. Yang, X. Zhang, Nanoscale 2015, 7, 619.

[68] X. Xia, S. Deng, S. Feng, J. Wu, J. Tu, J. Mater. Chem. A 2017, 5, 21134.

[69] S. Deng, Z. Luo, Y. Liu, X. Lou, C. Lin, C. Yang, H. Zhao, P. Zheng, Z. Sun, J. Li, N. Wang, H. Wu, J. Power Sources 2017, 362, 250.

[70] C. Lin, G. Wang, S. Lin, J. Li, L. Lu, Chem. Commun. 2015, 51, 8970.

[71] W. Mao, K. Bao, L. Wang, G. Liu, H. Xie, R. Zhang, S. Zheng, J. Guo, B. Li, W. Wang, Ceram. Int. 2016, 42, 16935.

[72] R. Sun, G. Liu, S. Cao, B. Dong, X. Liu, M. Hu, M. Liu, X. Duan, Dalton Trans. 2017, 46, 17061.

[73] Y. S. Lee, K. S. Ryu, Sci. Rep. 2017, 7, 16617.

[74] C. Yang, S. Deng, C. Lin, S. Lin, Y. Chen, J. Li, H. Wu, Nanoscale 2016, 8, 18792.

[75] S. Li, J. Chen, X. Gong, J. Wang, P. S. Lee, NPG Asia Mater. 2018, 10, 406.

[76] H. Yu, X. Cheng, H. Zhu, R. Zheng, T. Liu, J. Zhang, M. Shui, Y. Xie, J. Shu, Nano Energy 2018, 54, 227.

[77] K. Ise, S. Morimoto, Y. Harada, N. Takami, Solid State Ion. 2018, 320, 7.

[78] N. Takami, K. Ise, Y. Harada, T. Iwasaki, T. Kishi, K. Hoshina, J. Power Sources 2018, 396, 429.

[79] Y. Yang, J. X. Huang, Z. M. Cao, Z. H. Lv, D. Z. Wu, Z. P. Wen, W. W. Meng, J. Zeng, C. C. Li, J. B. Zhao, Adv. Sci. 2022, 9, 2104530.

[80] R. F. Qian, C. F. Yang, D. W. Ma, K. M. Li, T. Feng, J. J. Feng, J. H. Pan, Electrochim. Acta 2021, 379, 138179.

[81] Y. Y. Sui, J. Guo, Z. H. Li, F. M. Jiang, X. T. Xia, H. B. Geng, Q. Liu, B. Wei, X. B. Zuo, Appl. Surf. Sci. 2022, 576, 151890.

[82] L. Q. Cheng, Y. He, K. Chen, Z. Ma, R. Liu, N. Liu, Y. Deng, J. Mater. Chem. A 2022, 10, 17586.

[83] Ö. Budak, P. Srimuk, M. Aslan, H. Shim, L. Borchardt, V. Presser, ChemSusChem 2021, 14, 398.

[84] T. Yuan, S. Luo, L. Soule, J. H.Wang, Y. Wang, D. Sun, B. Zhao, W. Li, J. Yang, S. Zheng, M. Liu, Mater. Today 2021, 45, 8.

[85] G. Y. Liu, Y. Y. Zhao, Y. F. Tang, X. D. Liu, M. Liu, P. J. Wu, Rare Met. 2020, 39, 1063.

[86] Z. Wu, M. Guo, Y. Yan, H. Dou, W. Zhao, Y. Zhang, S. Li, J. Wu, X. Bin, X. Zhao, X. Yang, D. Ruan, ACS Sustainable Chem. Eng. 2021, 9, 7422.

[87] Y. Li, R. Zheng, H. Yu, X. Cheng, T. Liu, N. Peng, J. Zhang, M. Shui, J. Shu, ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 22429.

[88] M. Qi, D. Chao, W. Sun, J. Yin, M. Chen, RSC Adv. 2020, 10, 6342.

[89] L. H. Yin, P. C. De, I. Jeon, J. P. Kim, J. Cho, S. Y. Jeong, H. W. Lee, C. R. Cho, Chem. Eng. J. 2020, 382, 122800.

[90] Y. Gong, H. Chen, L. Gong, S. Xie, Ionics 2019, 25, 4119.

[91] J. Luo, J. Peng, P. Zeng, Z. Y. Wu, J. Y. Li, W. W. Li, Y. H. Huang, B. B. Chang, X. Y. Wang, Electrochim. Acta 2020, 332, 135469.

[92] W. Wu, M. X. Liu, Y. Pei, W. J. Li, W. Lin, Q. Y. Huang, M. Wang, H. T. Yang, L. B. Deng, L. Yao, Z. J. Zheng, Adv. Energy Mater. 2022, 12, 2201130.

[93] Y. Zhang, C. Kang, W. Zhao, B. Sun, X. Xiao, H. Huo, Y. Ma, P. Zuo, S. Lou, G. Yin, Energy Storage Mater. 2022, 47, 178.

[94] Z. Yao, X. Xia, Y. Zhang, D. Xie, C. Ai, S. Lin, Y. Wang, S. Deng, S. Shen, X. Wang, Y. Yu, J. Tu, Nano Energy 2018, 54, 304.

[95] M. L. Qi, M. Hu, J. W. Xu, X. H. Yuan, Z. P. Zhang, J. Alloys Compd. 2021, 886, 161146.

[96] C. Deng, J. Xu, H. Yu, Y. Liu, X. Cai, H. Yan, L. Fan, M. Shui, L. Yan, J. Shu, Ceram. Int. 2022, 48, 33200.

[97] H. Li, X. Cai, J. Li, C. Deng, Y. Liu, H. Yan, H. Yu, L. Zhang, M. Shui, L. Yan, J. Shu, Ceram. Int. 2022, 48, 23334.

[98] Q. Zhu, J. M. Jiang, Z. W. Li, Y. H. Xu, H. Dou, X. G. Zhang, Electrochim. Acta 2021, 388, 138656.

[99] O. A. Drozhzhin, V. V. Grigoryev, A. M. Alekseeva, R. R. Samigullin, D. A. Aksyonov, O. V. Boytsova, D. Chernyshov, V. V. Shapovalov, A. A. Guda, A. V. Soldatov, K. J. Stevenson, A. M. Abakumov, E. V. Antipov, ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 56366.

[100] C. A. Hall, Y. Jiang, P. A. Burr, S. J. Huang, Z. Li Teh, I. Perez-Wurfl, N. Song, A. Lennon, Electrochim. Acta 2021, 388, 138544.

[101] D. Liang, Y. Lu, L. Hu, L. Wang, S. Liang, X. Liang, L. Liu, Z. Xu, C. Han, C. Liang, J. Power Sources 2022, 544, 231897.

[102] D. W. Liang, Y. Lu, N. N. Zhou, Z. Z. Xu, Nanomaterials 2022, 12, 2943.

[103] H. Lyu, J. Li, T. Wang, B. P. Thapaliya, S. Men, C. J. Jafta, R. Tao, X. G. Sun, S. Dai, ACS Appl. EnergyMater. 2020, 3, 5657.

[104] K. Liu, J. A. Wang, J. Yang, D. Q. Zhao, P. Y. Chen, J. Z. Man, X. Y. Yu, Z. Q. Wen, J. C. Sun, Chem. Eng. J. 2021, 407, 127190.

[105] C. Yang, D. Ma, J. Yang, M. Manawan, T. Zhao, Y. Feng, J. Li, Z. Liu, Y.-W. Zhang, R. B. Von Dreele, B. H. Toby, C. P. dL. Albarran, J. H. Pan, Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2212854.

[106] Y. Yang, Y. Li, K. Liu, K. Zhang, S. Jin, Y. Bao, Y. Fan, Z. Yang, R. Zhang, B. Jin, G. Liu, Int. J. Hydrogen Energy 2021, 46, 3425.

[107] Y. Yang, Z. D. Li, R. X. Zhang, Y. H. Ding, H. Q. Xie, G. Y. Liu, Y. X. Fan, Z. Z. Yang, X. D. Liu, Electrochim. Acta 2021, 368, 137623.

[108] W. Liu, J. Liu, M. Zhu, W. Wang, Y. Sun, ACS Appl. Energy Mater. 2021, 4, 12319.

[109] L. Yu, J. Lv, Z. Zhou, Y. Li, M. Wei, CrystEngComm 2021, 23, 4905.

[110] Y. R. Wu, D. Liu, D. Y. Qu, J. S. Li, Z. Z. Xie, X. Zhang, H. P. Chen, H. L. Tang, Chem. Eng. J. 2022, 438, 135328.

[111] L. Hu, X. L. Yang, Y. M. Chen, L. L. Wang, J. J. Li, Y. J. Tang, H. T. Zhang, Front. Energy Res. 2021, 9, 794527.

[112] Y. G. Sun, T. Q. Sun, X. J. Lin, X. S. Tao, D. Zhang, C. Zeng, A. M. Cao, L. J. Wan, Sci. China: Chem. 2018, 61, 670.

[113] S. Lou, X. Cheng, J. Gao, Q. Li, L. Wang, Y. Cao, Y. Ma, P. Zuo, Y. Gao, C. Du, H. Huo, G. Yin, Energy Storage Mater. 2018, 11, 57.

[114] G. Wan, L. Yang, S. Shi, Y. Tang, X. Xu, G. Wang, Chem. Commun. 2019, 55, 517.

[115] S. Deng, D. Chao, Y. Zhong, Y. Zeng, Z. Yao, J. Zhan, Y. Wang, X. Wang, X. Lu, X. Xia, J. Tu, Energy Storage Mater. 2018, 12, 137.

[116] S. Deng, Y. Zhang, D. Xie, L. Yang, G. Wang, X. Zheng, J. Zhu, X. Wang, Y. Yu, G. Pan, X. Xia, J. Tu, Nano Energy 2019, 58, 355.

[117] S. J. Deng, H. Zhu, B. Liu, L. Yang, X. L. Wang, S. H. Shen, Y. Zhang, J. A. Wang, C. Z. Ai, Y. Ren, Q. Liu, S. W. Lin, Y. F. Lu, G. X. Pan, J. B. Wu, X. H. Xia, J. P. Tu, Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2002665.

[118] S. Shi, G. Wang, G. Wan, Y. Tang, G. Zhao, Z. Deng, J. Chai, C. Wei, G. Wang, J. Colloid Interface Sci. 2021, 587, 622.

[119] Y. Lian, Y. Zheng, Z. Wang, Y. Hu, J. Zhao, H. Zhang, Chem. Eng. J. 2023, 454, 140287.

[120] X. Liu, H. Chen, R. Liu, G. Liu, X. Ji, Y. Feng, J. Ma, Ceram. Int. 2021, 47, 17606.

[121] J. Zeng, L. Yang, R. Shao, L. Zhou, W. Utetiwabo, S. Wang, R. Chen, W. Yang, J. Colloid Interface Sci. 2021, 600, 111.

[122] C. H. Wang, L. Huang, Y. Zhong, X. L. Tong, C. D. Gu, X. H. Xia, L. J. Zhang, X. L. Wang, J. P. Tu, Sustain. Mater. Techno. 2021, 28, e00272.

[123] X. Ji, Y. Yang, Y. Ding, Z. Lu, G. Liu, Y. Liu, J. Song, Z. Yang, X. Liu, J. Phys. Chem. C 2022, 126, 7799.

[124] Y. Yuan, H. Yu, X. Cheng, R. Zheng, T. Liu, N. Peng, N. Long, M. Shui, J. Shu, Chem. Eng. J. 2019, 374, 937.

[125] X. Liu, G. Liu, M. Liu, M. Hu, Y. Hu, J. Ma, J. Alloys Compd. 2019, 787, 344.

[126] R. Sun, Y. Tao, H. Sun, W. Chen, G. Liu, Y. Yue, M. Hu, M. Liu, J. Mater. Sci. 2019, 54, 14825.

[127] Y. Shang, S. Lu, W. Zheng, R. Wang, Z. Liang, Y. Huang, J. Mei, Y. Yang, W. Zeng, H. Zhan, RSC Adv. 2022, 12, 13127.

[128] J. M. Jiang, Z. W. Li, G. D. Nie, P. Nie, Z. H. Pan, Z. K. Kou, Q. Chen, Q. Zhu, H. Dou, X. G. Zhang, J. Wang, Batteries Supercaps 2020, 3, 1360.

[129] S. Bak, W. Chung, M. A. Abbas, J. H. Bang, ACS Appl. Energy Mater. 2022, 5, 5508.

[130] C. Wang, C. Yang, Z. Zheng, Adv. Sci. 2022, 9, 2105213.

[131] T. Kim, W. Song, D.-Y. Son, L. K. Ono, Y. Qi, J. Mater. Chem. A 2019, 7, 2942.

[132] L. Lu, X. Han, J. Li, J. Hua, M. Ouyang, J. Power Sources 2013, 226, 272.

[133] S. F. Lou, Y. Zhao, J. J. Wang, G. P. Yin, C. Y. Du, X. L. Sun, Small 2019, 15, 1904740.

[134] Z. Ju, X. Xu, X. Zhang, K. U. Raigama, G. Yu, Chem. Eng. J. 2023, 454, 140003.

[135] H. Shim, E. Lim, S. Fleischmann, A. Quade, A. Tolosa, V. Presser, Sustainable Energy Fuels 2019, 3, 1776.

[136] X. Han, Q. Meng, X. Wan, B. Y. Sun, Y. Zhang, B. C. Shen, J. L. Gao, Y. L. Ma, P. J. Zuo, S. F. Lou, G. P. Yin, Nano Energy 2021, 81, 105635.

[137] L. Yang, J. Zeng, L. Zhou, R. Shao, W. Utetiwabo, M. K. Tufail, S. Wang, W. Yang, J. Zhang, Nano Res. 2022, 15, 1570.

[138] K. J. Griffith, Y. Harada, S. Egusa, R. M. Ribas, R. S. Monteiro, R. B. Von Dreele, A. K. Cheetham, R. J. Cava, C. P. Grey, J. B. Goodenough, Chem. Mater. 2021, 33, 4.

[139] R. M. Tao, T. Y. Zhang, S. S. Tan, C. J. Jafta, C. Li, J. Y. Liang, X. G. Sun, T. Wang, J. T. Fan, Z. Y. Lu, C. A. Bridges, X. Suo, C. L Do-Thanh, S. Dai, Adv. Energy Mater. 2022, 12, 2200519.

[140] T. Jiang, S. Y. Ma, J. B. Deng, T. Yuan, C. F. Lin, M. L. Liu, Adv. Sci. 2022, 9, 2105119.

[141] S. J. Deng, H. Zhu, G. Z. Wang, M. Luo, S. H. Shen, C. Z. Ai, L. Yang, S. W. Lin, Q. H. Zhang, L. Gu, B. Liu, Y. Zhang, Q. Liu, G. X. Pan, Q. Q. Xiong, X. L. Wang, X. H. Xia, J. P. Tu, Nat. Commun. 2020, 11, 132.

[142] R. S. Roth, L. W. Coughanour, J. Res. Natl. Bur. Stand. 1955, 55, 209.

[143] E. A. Durbin, C. G. Harman, BMI-791, Battelle Memorial Institute 1952.

[144] E. A. Durbin, H. E. Wagner, C. G. Harman, BMI-792, Battelle Memorial Institute 1952.

[145] A. D. Wadsley, Acta Crystallogr. 1961, 14, 660.

[146] R. S. Roth, A. D. Wadsley, Acta Crystallogr. 1965, 18, 724.

[147] A. D. Wadsley, Acta Crystallogr. 1961, 14, 664.

[148] R. J. Cava, D. W. Murphy, S. M. Zahurak, J. Electrochem. Soc. 1983, 130, 2345.

[149] J. G. Allpress, J. Solid State Chem. 1969, 1, 66.

[150] H. Rebbah, G. Desgardin, B. Raveau, Mater. Res. Bull. 1979, 24, 1125.

[151] J. S. Anderson, J. M. Browne, A. K. Cheetham, R. V. Dreele, J. L. Hutchison, F. J. Lincoln, D. J. M. Bevan, J. Straehle, Nature 1973, 243, 81.

[152] M. Gasperin, J. Solid State Chem. 1984, 53, 144.

[153] S. K. E Forghany, J. S. Anderson, J. Solid State Chem. 1981, 40, 136.

[154] D. W. Murphy, R. J. Cava, S. M. Zahurak, A. Santoro, Solid State Ion. 1983, 9, 413.

[155] Y. Lyu, X. Wu, K. Wang, Z. Feng, T. Cheng, Y. Liu, M. Wang, R. Chen, L. Xu, J. Zhou, Y. Lu, B. Guo, Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2000982.

[156] V. Aravindan, Y.-S. Lee, S. Madhavi, Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1402225.

[157] J. W. Choi, D. Aurbach, Nat. Rev. Mater. 2016, 1, 16013.

[158] P. Rozier, J. M. Tarascon, J. Electrochem. Soc. 2015, 162, A2490.

[159] J. B. Goodenough, Acc. Chem. Res. 2013, 46, 1053.

[160] Z. Tao, M. Fu, Y. Liu, Sustainable Energy Fuels 2021, 5, 5420.

[161] X. Zeng, J. Li, N. Singh, Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 2014, 44, 1129.

[162] V. M. Leal, J. S. Ribeiro, E. L. D. Coelho, M. Freitas, J. Energy Chem. 2023, 79, 118.

[163] J. P. Pender, G. Jha, D. H. Youn, J. M. Ziegler, I. Andoni, E. J. Choi, A. Heller, B. S. Dunn, P. S. Weiss, R. M. Penner, C. B. Mullins, ACS Nano 2020, 14, 1243.

[164] C. Han, Y.-B. He, M. Liu, B. Li, Q.-H. Yang, C.-P. Wong, F. Kang, J. Mater. Chem. A 2017, 5, 6368.

[165] B. Zhao, R. Ran, M. Liu, Z. Shao, Mater Sci Eng R: Rep 2015, 98, 1.

[166] T. Yuan, Z. Tan, C. Ma, J. Yang, Z.-F. Ma, S. Zheng, Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1601625.

[167] T.-F. Yi, S.-Y. Yang, Y. Xie, J. Mater. Chem. A 2015, 3, 5750.

[168] Z. N. Ezhyeh, M. Khodaei, F. Torabi, Ceram. Int. 2023, 49, 7105.

[169] P. V. Chombo, Y. Laoonual, J. Power Sources 2020, 478, 228649.

[170] K. Feng, M. Li, W. Liu, A. G. Kashkooli, X. Xiao, M. Cai, Z. Chen, Small 2018, 14, 1702737.

[171] L. Zhang, C. Zhu, S. Yu, D. Ge, H. Zhou, J. Energy Chem. 2022, 66, 260.

[172] Y. Wang, B. Liu, Q. Li, S. Cartmell, S. Ferrara, Z. D. Deng, J. Xiao, J. Power Sources 2015, 286, 330.

[173] Y. Tang, Y. Zhang, W. Li, B. Ma, X. Chen, Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 5926.

[174] X. Zhu, M. Mao, Z. Lin, J. Yue, M. Li, T. Lv, A. Zhou, Y. S. Hu, H. Li, X. Huang, L. Chen, L. Suo, ACS Mater. Lett. 2022, 4, 1574.

[175] T. Nakato, Y. Matsumoto, J. Porous Mater. 2004, 11, 79.

[176] Y.-B. Wei, X.-J. Guo, B.-J. Li, Microporous Mesoporous Mater. 2019, 287, 144.

[177] J. T. Han, J. B. Goodenough, Chem. Mater. 2011, 23, 3404.

[178] X. Fan, C. Wang, Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 10486.

[179] M. Catti, I. Pinus, R. Ruffo, M. M. Salamone, C. M. Mari, Solid State Ion. 2016, 295, 72.

[180] V. Aravindan, J. Sundaramurthy, A. Jain, P. S. Kumar, W. C. Ling, S. Ramakrishna, M. P. Srinivasan, S. Madhavi, ChemSusChem 2014, 7, 1858.

[181] C. M. Reich, A. Kaiser, J. T. S. Irvine, Fuel Cells 2001, 1, 249.

[182] L. Mai, X. Tian, X. Xu, L. Chang, L. Xu, Chem. Rev. 2014, 114, 11828.

[183] Q. Wei, F. Xiong, S. Tan, L. Huang, E. H. Lan, B. Dunn, L. Mai, Adv. Mater. 2017, 29, 1602300.

[184] Y. Fang, D. Luan, S. Gao, X. W. Lou, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 20102.

[185] H. Sun, G. Xin, T. Hu, M. Yu, D. Shao, X. Sun, J. Lian, Nat. Commun. 2014, 5, 4526.

[186] S. Xu, Y. Zhang, J. Cho, J. Lee, X. Huang, L. Jia, J. A. Fan, Y. Su, J. Su, H. Zhang, H. Cheng, B. Lu, C. Yu, C. Chuang, T.-i Kim, T. Song, K. Shigeta, S. Kang, C. Dagdeviren, I. Petrov, P. V. Braun, Y. Huang, U. Paik, J. A. Rogers, Nat. Commun. 2013, 4, 1543.

[187] A. Masias, J. Marcicki, W. A. Paxton, ACS Energy Lett. 2021, 6, 621.

[188] Y. Chen, Y. Kang, Y. Zhao, L. Wang, J. Liu, Y. Li, Z. Liang, X. He, X. Li, N. Tavajohi, B. Li, J. Energy Chem. 2021, 59, 83.

[189] S. Li, K. Wang, G. Zhang, S. Li, Y. Xu, X. Zhang, X. Zhang, S. Zheng, X. Sun, Y. Ma, Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2200796.

[190] H. Wang, Z. Yu, X. Kong, S. C. Kim, D. T. Boyle, J. Qin, Z. Bao, Y. Cui, Joule 2022, 6, 588.

[191] M. Chhowalla, H. S. Shin, G. Eda, L.-J. Li, K. P. Loh, H. Zhang, Nat. Chem. 2013, 5, 263.

[192] L. Peng, Y. Zhu, D. Chen, R. S. Ruoff, G. Yu, Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1600025.

[193] J. Mei, T. Liao, L. Kou, Z. Sun, Adv. Mater. 2017, 29, 1700176.

[194] L. Wang, B. Chen, J. Ma, G. Cui, L. Chen, Chem. Soc. Rev. 2018, 47, 6505.

[195] R. Rojaee, R. Shahbazian-Yassar, ACS Nano 2020, 14, 2628.

[196] Z. Wu, Y. Lyu, Y. Zhang, R. Ding, B. Zheng, Z. Yang, S. P. Lau, X. H. Chen, J. Hao, Nat. Mater. 2021, 20, 1203.

[197] W. Liu, L. Pang, H. Han, K. Bi, M. Lei, Z. Wei, Nanoscale 2017, 9, 5806.

[198] J. D. Yao, Z. Q. Zheng, J. M. Shao, G. W. Yang, Nanoscale 2015, 7, 14974.

[199] J. H. Park, J. Seo, S. Park, S. S. Shin, Y. C. Kim, N. J. Jeon, H.-W. Shin, T. K. Ahn, J. H. Noh, S. C. Yoon, C. S. Hwang, S. I. Seok, Adv. Mater. 2015, 27, 4013.

[200] J.-J. Xu, Z.-L. Wang, D. Xu, L.-L. Zhang, X.-B. Zhang, Nat. Commun. 2013, 4, 2438.

[201] N. Karousis, I. Suarez-Martinez, C. P. Ewels, N. Tagmatarchis, Chem. Rev. 2016, 116, 4850.

[202] X.-R. Chen, Y.-X. Yao, C. Yan, R. Zhang, X.-B. Cheng, Q. Zhang, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 7743.

[203] W. Lu, Z. Yuan, Y. Zhao, H. Zhang, H. Zhang, X. Li, Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 2199.

[204] D. Gueon, J. T. Hwang, S. B. Yang, E. Cho, K. Sohn, D.-K. Yang, J. H. Moon, ACS Nano 2018, 12, 226.

[205] Z. Liu, X. Yuan, S. Zhang, J. Wang, Q. Huang, N. Yu, Y. Zhu, L. Fu, F. Wang, Y. Chen, Y. Wu, NPG Asia Mater. 2019, 11, 12.

[206] W. Tian, H. Zhang, X. Duan, H. Sun, G. Shao, S. Wang, Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1909265.

[207] K. Qin, K. Holguin, M. Mohammadiroudbari, J. Huang, E. Y. S. Kim, R. Hall, C. Luo, Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2009694.

[208] K. J. Griffith, A. Senyshyn, C. P. Grey, Inorg. Chem. 2017, 56, 4002.

[209] Y. Zhao, Y. Ding, Y. Li, L. Peng, H. R. Byon, J. B. Goodenough, G. Yu, Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 7968.

[210] L. Ahmadi, S. B. Young, M. Fowler, R. A. Fraser, M. A. Achachlouei, Int. J. Life Cycle Assess. 2017, 22, 111.

[211] E. Martinez-Laserna, I. Gandiaga, E. Sarasketa-Zabala, J. Badeda, D. I. Stroe, M. Swierczynski, A. Goikoetxea, Renewable Sustainable Energy Rev. 2018, 93, 701.

[212] Y. Cao, M. Li, J. Lu, J. Liu, K. Amine, Nat. Nanotechnol. 2019, 14, 200.

[213] N. Meddings, M. Heinrich, F. Overney, J.-S. Lee, V. Ruiz, E. Napolitano, S. Seitz, G. Hinds, R. Raccichini, M. Gabers, J. Park, J. Power Sources 2020, 480, 228742.

[214] W. Wu, S. Wang, W. Wu, K. Chen, S. Hong, Y. Lai, Energy Convers. Manage. 2019, 182, 262.

[215] H. Da, J. Li, J. Shi, H. Zhang, Carbon 2022, 193, 157.

[216] Y. Yang, Z. Li, R. Zhang, Y. Ding, H. Xie, G. Liu, Y. Fan, Z. Yang, X. Liu, Electrochim. Acta 2021, 368, 137623.

[217] Y. Yang, S. Song, S. Lei, W. Sun, H. Hou, F. Jiang, X. Ji, W. Zhao, Y. Hu, Waste Manage. 2019, 85, 529.

[218] Q. Chen, L. Huang, J. Liu, Y. Luo, Y. Chen, Carbon 2022, 189, 293.

[219] J. Xiao, J. Li, Z. Xu, J. Hazard. Mater. 2017, 338, 124.

[220] J. Yu, M. Lin, Q. Tan, J. Li, J. Hazard. Mater. 2021, 401, 123715.

[221] J. Liu, H. Shi, X. Hu, Y. Geng, L. Yang, P. Shao, X. Luo, Sci. Total Environ 2022, 816, 151621.

[222] H. Da, M. Gan, D. Jiang, C. Xing, Z. Zhang, L. Fei, Y. Cai, H. Zhang, S. Zhang, ACS Sustainable Chem. Eng. 2021, 9, 16192.

[223] K. J. Griffith, I. D. Seymour, M. A. Hope, M. M. Butala, L. K. Lamontagne, M. B. Preefer, C. P. Koçer, G. Henkelman, A. J. Morris, M. J. Cliffe, S. E. Dutton, C. P. Grey, J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 16706.

[224] A. A. Voskanyan, M. Abramchuk, A. Navrotsky, Chem. Mater. 2020, 32, 5301.

[225] N. V. Kosova, D. Z. Tsydypylov, E. S. Papulovskiy, O. B. Lapina, J. Phys. Chem. C 2022, 126, 13607.

[226] Y. Zhou, E. Le Calvez, S. W. Baek, M. Frajnkovič, C. Douard, E. Gautron, O. Crosnier, T. Brousse, L. Pilon, Energy Storage Mater. 2022, 52, 371.

[227] R. Zhan, D. Ren, S. Liu, Z. Chen, X. Liu, W. Wang, L. Fu, X. Wang, S. Tu, Y. Ou, Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2202544.

[228] D. Parikh, L. Geng, H. Lyu, C. J. Jafta, H. Liu, H. M. Meyer, J. Chen, X. G. Sun, S. Dai, J. Li, ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 19078.

[229] J. Lee, H. H. Kwak, S. Bak, G. J. Lee, S. T. Hong, M. A. Abbas, J. H. Bang, Chem. Mater. 2022, 34, 854.

[230] A. A. Voskanyan, K. Jayanthi, A. Navrotsky, Chem. Mater. 2022, 34, 10311.

[231] G. Yu, Q. Zhang, J. Jing, X. Wang, Y. Li, X. Bai, T. Li, Small 2023, 19, e2303087.

[232] G. Yu, J. Huang, X. Bai, T. Li, S. Song, Y. Zhou, N. Wu, S. Yao, X. Lu, W. Wu, Small 2024, 20, 2308858.

[233] M. Zhu, C. Zhao, X. Liu, X. Wang, F. Zhou, J. Wang, Y. Hu, Y. Zhao, T. Yao, L.-M. Yang, Y. Wu, ACS Catal. 2021, 11, 3923.

[234] Y. Zhang, Y. Wang, W. Zhao, P. Zuo, Y. Tong, G. Yin, T. Zhu, S. Lou, Nat. Commun. 2024, 15, 6299.

[235] S. Geng, Y. Zhang, L. Shi, A. Shi, L. Zhou, C. Kang, Z. Qiang, J. Zhu, S. Dong, D. Li, G. Yin, S. Lou, Energy Storage Mater. 2024, 68, 103339.

[236] A. Shi, Y. Zhang, S. Geng, X. Song, G. Yin, S. Lou, L. Tan, Nano Energy 2024, 123, 109349.

[237] M. S. Islam, C. A. J. Fisher, Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 185.

[238] Y. Huang, X. Li, J. Luo, K. Wang, Q. Zhang, Y. Qiu, S. Sun, S. Liu, J. Han, Y. Huang, ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 8696.

[239] Y. Ma, H. Chang, M. Zhang, Y. Chen, Adv. Mater. 2015, 27, 5296.

[240] X. Wang, M. Salari, D. Jiang, J. Chapman Varela, B. Anasori, D. J. Wesolowski, S. Dai, M. W. Grinstaff, Y. Gogotsi, Nat. Rev. Mater. 2020, 5, 787.

[241] Y. Zhao, J. Li, Y. Tan, C. Zhu, Y. Chen, Carbon Neutralization 2023, 3, 32.

RIGHTS & PERMISSIONS

2024 The Author(s). Carbon Neutralization published by Wenzhou University and John Wiley & Sons Australia, Ltd.