Lithium Sulfur Batteries: Insights from Solvation Chemistry to Feasibility Designing Strategies for Practical Applications

Abstract

Rechargeable lithium–sulfur (Li–S) batteries, featuring high energy density, low cost, and environmental friendliness, have been dubbed as one of the most promising candidates to replace current commercial rechargeable Li-ion batteries. However, their practical deployment has long been plagued by the infamous “shuttle effect” of soluble Li polysulfides (LiPSs) and the rampant growth of Li dendrites. Therefore, it is important to specifically elucidate the solvation structure in the Li–S system and systematically summarize the feasibility strategies that can simultaneously suppress the shuttle effect and the growth of Li dendrites for practical applications. This review attempts to achieve this goal. In this review, we first introduce the importance of developing Li–S batteries and highlight the key challenges. Then, we revisit the working principles of Li–S batteries and underscore the fundamental understanding of LiPSs. Next, we summarize some representative characterization techniques and theoretical calculations applied to characterize the solvation structure of LiPSs. Afterward, we overview feasible designing strategies that can simultaneously suppress the shuttle effect of soluble LiPSs and the growth of Li dendrites. Finally, we conclude and propose personal insights and perspectives on the future development of Li–S batteries. We envisage that this timely review can provide some inspiration to build better Li–S batteries for promoting practical applications.

Keywords

characterization tools / design strategies / Li–S batteries / practical applications / solvation chemistry

References

[1] S. Chu, Y. Cui, N. Liu, Nat. Mater. 2016, 16, 16.

[2] B. Obama, Science 2017, 355, 127.

[3] Z. Yang, J. Zhang, M. C Kintner-Meyer, X. Lu, D. Choi, J. P. Lemmon, J. Liu, Chem. Rev. 2011, 111, 3577.

[4] X. Zeng, M. Li, D. Abd El-Hady, W. Alshitari, A. S Al-Bogami, J. Lu, K. Amine, Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1900161.

[5] R. Schmuch, R. Wagner, G. Hörpel, T. Placke, M. Winter, Nat. Energy 2018, 3, 267.

[6] J. Xie, Y. C. Lu, Nat. Commun. 2020, 11, 2499.

[7] G. Harper, R. Sommerville, E. Kendrick, L. Driscoll, P. Slater, R. Stolkin, A. Walton, P. Christensen, O. Heidrich, S. Lambert, A. Abbott, K. Ryder, L. Gaines, P. Anderson, Nature 2019, 575, 75.

[8] Y. Chen, M. Xu, Y. Huang, A. Manthiram, Chem 2022, 8, 312.

[9] D. Castelvecchi, E. Stoye, Nature 2019, 308, 574.

[10] S. Chen, C. Niu, H. Lee, Q. Li, L. Yu, W. Xu, J.-G. Zhang, E. J. Dufek, M. S. Whittingham, S. Meng, J. Xiao, J. Liu, Joule 2019, 3, 1094.

[11] J. Muldoon, C. B. Bucur, T. Gregory, Chem. Rev. 2014, 114, 11683.

[12] Y. Liu, Y. Elias, J. Meng, D. Aurbach, R. Zou, D. Xia, Q. Pang, Joule 2021, 5, 2323.

[13] L. Qiao, U. Oteo, M. Martinez-Ibanez, A. Santiago, R. Cid, E. Sanchez-Diez, E. Lobato, L. Meabe, M. Armand, H. Zhang, Nat. Mater. 2022, 21, 455.

[14] S. Tan, Z. Shadike, J. Li, X. Wang, Y. Yang, R. Lin, A. Cresce, J. Hu, A. Hunt, I. Waluyo, L. Ma, F. Monaco, P. Cloetens, J. Xiao, Y. Liu, X.-Q. Yang, K. Xu, E. Hu, Nat. Energy 2022, 7, 484.

[15] G. Zhou, H. Chen, Y. Cui, Nat. Energy 2022, 7, 312.

[16] F. Duffner, N. Kronemeyer, J. Tübke, J. Leker, M. Winter, R. Schmuch, Nat. Energy 2021, 6, 123.

[17] P. G. Bruce, S. A. Freunberger, L. J. Hardwick, J. M. Tarascon, Nat. Mater. 2012, 11, 19.

[18] X. Ji, K. T. Lee, L. F. Nazar, Nat. Mater. 2009, 8, 500.

[19] S. Feng, Z. H. Fu, X. Chen, Q. Zhang, InfoMat 2022, 4, e12304.

[20] Y. Yu, M. Yan, W.-D. Dong, L. Wu, Y.-W. Tian, Z. Deng, L.-H. Chen, T. Hasan, Y. Li, B.-L. Su, Chem. Eng. J. 2021, 417, 129241.

[21] W. Zhou, Y. Yu, H. Chen, F. J. DiSalvo, H. D. Abruna, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 16736.

[22] Z. Wei Seh, W. Li, J. J. Cha, G. Zheng, Y. Yang, M. T. McDowell, P. C. Hsu, Y. Cui, Nat. Commun. 2013, 4, 1331.

[23] Z. Li, I. Sami, J. Yang, J. Li, R. V. Kumar, M. Chhowalla, Nat. Energy 2023, 8, 84.

[24] Z. Li, B. Y. Guan, J. Zhang, X. W. Lou, Joule 2017, 1, 576.

[25] Z. Zhu, Y. Zeng, Z. Pei, D. Luan, X. Wang, X. W. D. Lou, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202305828.

[26] X. Liu, T. Qian, J. Liu, M. Wang, H. Chen, C. Yan, Energy Storage Mater. 2019, 17, 260.

[27] L. Fan, M. Li, X. Li, W. Xiao, Z. Chen, J. Lu, Joule 2019, 3, 361.

[28] S. Jiang, M. Chen, X. Wang, Y. Zhang, C. Huang, Y. Zhang, Y. Wang, Chem. Eng. J. 2019, 355, 478.

[29] Y. Fan, Z. Yang, W. Hua, D. Liu, T. Tao, M. M. Rahman, W. Lei, S. Huang, Y. Chen, Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1602380.

[30] Y. S. Su, A. Manthiram, Nat. Commun. 2012, 3, 1166.

[31] S. Bai, X. Liu, K. Zhu, S. Wu, H. Zhou, Nat. Energy 2016, 1, 16094.

[32] Y. Li, T. Gao, D. Ni, Y. Zhou, M. Yousaf, Z. Guo, J. Zhou, P. Zhou, Q. Wang, S. Guo, Adv. Mater. 2022, 34, e2107638.

[33] Y. Li, S. Lin, D. Wang, T. Gao, J. Song, P. Zhou, Z. Xu, Z. Yang, N. Xiao, S. Guo, Adv. Mater. 2020, 32, e1906722.

[34] C. Li, R. Liu, Y. Xiao, F. Cao, H. Zhang, Energy Storage Mater. 2021, 40, 439.

[35] W. Wang, K. Xi, B. Li, H. Li, S. Liu, J. Wang, H. Zhao, H. Li, A. M. Abdelkader, X. Gao, G. Li, Adv. Energy Mater. 2022, 12, 2200160.

[36] J. Wang, S. Yi, J. Liu, S. Sun, Y. Liu, D. Yang, K. Xi, G. Gao, A. Abdelkader, W. Yan, S. Ding, R. V. Kumar, ACS Nano 2020, 14, 9819.

[37] J. Lian, W. Guo, Y. Fu, J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 11063.

[38] W. Guo, W. Zhang, Y. Si, D. Wang, Y. Fu, A. Manthiram, Nat. Commun. 2021, 12, 3031.

[39] Z. Wang, H. Ji, L. Zhou, X. Shen, L. Gao, J. Liu, T. Yang, T. Qian, C. Yan, ACS Nano 2021, 15, 13847.

[40] L.-P. Hou, X.-Q. Zhang, N. Yao, X. Chen, B.-Q. Li, P. Shi, C.-B. Jin, J.-Q. Huang, Q. Zhang, Chem 2022,

[41] J. Zheng, X. Fan, G. Ji, H. Wang, S. Hou, K. C. DeMella, S. R. Raghavan, J. Wang, K. Xu, C. Wang, Nano Energy 2018, 50, 431.

[42] R. Amine, J. Liu, I. Acznik, T. Sheng, K. Lota, H. Sun, C. J. Sun, K. Fic, X. Zuo, Y. Ren, D. A Ei-Hady, W. Alshitari, A. S Al-Bogami, Z. Chen, K. Amine, G. L. Xu, Adv. Energy Mater. 2020, 10, 2000901.

[43] W. J. Chen, B. Q. Li, C. X. Zhao, M. Zhao, T. Q. Yuan, R. C. Sun, J. Q. Huang, Q. Zhang, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 10732.

[44] J. Xie, Y. W. Song, B. Q. Li, H. J. Peng, J. Q. Huang, Q. Zhang, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 22150.

[45] X. Gao, Z. Yu, J. Wang, X. Zheng, Y. Ye, H. Gong, X. Xiao, Y. Yang, Y. Chen, S. E. Bone, L. C. Greenburg, P. Zhang, H. Su, J. Affeld, Z. Bao, Y. Cui, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2023, 120, e2301260120.

[46] M. Cuisinier, C. Hart, M. Balasubramanian, A. Garsuch, L. F. Nazar, Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1401801.

[47] G. Zhang, H. J. Peng, C. Z. Zhao, X. Chen, L. D. Zhao, P. Li, J. Q. Huang, Q. Zhang, Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 16732.

[48] Q. Zou, Y. C. Lu, J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 1518.

[49] H. Shin, M. Baek, A. Gupta, K. Char, A. Manthiram, J. W. Choi, Adv. Energy Mater. 2020, 10, 2001456.

[50] D. Luo, L. Zheng, Z. Zhang, M. Li, Z. Chen, R. Cui, Y. Shen, G. Li, R. Feng, S. Zhang, G. Jiang, L. Chen, A. Yu, X. Wang, Nat. Commun. 2021, 12, 186.

[51] Z. Li, Y. Li, C. X. Bi, Q. K. Zhang, L. P. Hou, X. Y. Li, J. Ma, X. Q. Zhang, B. Q. Li, R. Wen, Q. Zhang, Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2304541.

[52] J. Y. Wei, X. Q. Zhang, L. P. Hou, P. Shi, B. Q. Li, Y. Xiao, C. Yan, H. Yuan, J. Q. Huang, Adv. Mater. 2020, 32, e2003012.

[53] H. Chen, J. Liu, X. Zhou, H. Ji, S. Liu, M. Wang, T. Qian, C. Yan, Chem. Eng. J. 2021, 404, 126470.

[54] E. Cha, M. D. Patel, J. Park, J. Hwang, V. Prasad, K. Cho, W. Choi, Nat. Nanotechnol. 2018, 13, 337.

[55] J. Zhao, L. Liao, F. Shi, T. Lei, G. Chen, A. Pei, J. Sun, K. Yan, G. Zhou, J. Xie, C. Liu, Y. Li, Z. Liang, Z. Bao, Y. Cui, J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 11550.

[56] X. Shen, T. Qian, P. Chen, J. Liu, M. Wang, C. Yan, ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 30058.

[57] J. Wang, J. Yang, J. Xie, N. Xu, Adv. Mater. 2002, 14, 13.

[58] S. Xin, L. Gu, N. H. Zhao, Y. X. Yin, L. J. Zhou, Y. G. Guo, L. J. Wan, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 18510.

[59] W. Xue, Z. Shi, L. Suo, C. Wang, Z. Wang, H. Wang, K. P. So, A. Maurano, D. Yu, Y. Chen, L. Qie, Z. Zhu, G. Xu, J. Kong, J. Li, Nat. Energy 2019, 4, 374.

[60] C. Zhao, G. L. Xu, Z. Yu, L. Zhang, I. Hwang, Y. X. Mo, Y. Ren, L. Cheng, C. J. Sun, Y. Ren, X. Zuo, J. T. Li, S. G. Sun, K. Amine, T. Zhao, Nat. Nanotechnol. 2021, 16, 166.

[61] M. Li, J. Lu, J. Shi, S. B. Son, D. Luo, I. Bloom, Z. Chen, K. Amine, J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 2185.

[62] C. Jin, T. Liu, O. Sheng, M. Li, T. Liu, Y. Yuan, J. Nai, Z. Ju, W. Zhang, Y. Liu, Y. Wang, Z. Lin, J. Lu, X. Tao, Nat. Energy 2021, 6, 378.

[63] J. Tan, J. Matz, P. Dong, M. Ye, J. Shen, Energy Storage Mater. 2021, 42, 645.

[64] H. Ye, Y. Li, Nano Res. Energy 2022, 1, e9120012.

[65] C. Xing, H. Chen, S. Qian, Z. Wu, A. Nizami, X. Li, S. Zhang, C. Lai, Chem 2022, 8, 1201.

[66] J. Lei, T. Liu, J. Chen, M. Zheng, Q. Zhang, B. Mao, Q. Dong, Chem 2020, 6, 2533.

[67] L. Wang, Y. Ye, N. Chen, Y. Huang, L. Li, F. Wu, R. Chen, Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1800919.

[68] L. P. Hou, Z. Li, N. Yao, C. X. Bi, B. Q. Li, X. Chen, X. Q. Zhang, Q. Zhang, Adv. Mater. 2022, 34, e2205284.

[69] X. Q. Zhang, Q. Jin, Y. L. Nan, L. P. Hou, B. Q. Li, X. Chen, Z. H. Jin, X. T. Zhang, J. Q. Huang, Q. Zhang, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 15503.

[70] S. Yuan, K. Ding, X. Zeng, D. Bin, Y. Zhang, P. Dong, Y. Wang, Adv. Mater. 2023, 35, e2206228.

[71] P. Xiao, X. Yun, Y. Chen, X. Guo, P. Gao, G. Zhou, C. Zheng, Chem. Soc. Rev. 2023, 52, 5255.

[72] Z. Tian, Y. Zou, G. Liu, Y. Wang, J. Yin, J. Ming, H. N. Alshareef, Adv. Sci. 2022, 9, e2201207.

[73] H. Cheng, Q. Sun, L. Li, Y. Zou, Y. Wang, T. Cai, F. Zhao, G. Liu, Z. Ma, W. Wahyudi, Q. Li, J. Ming, ACS Energy Lett. 2022, 7, 490.

[74] J. Ming, Z. Cao, W. Wahyudi, M. Li, P. Kumar, Y. Wu, J.-Y. Hwang, M. N. Hedhili, L. Cavallo, Y.-K. Sun, L.-J. Li, ACS Energy Lett. 2018, 3, 335.

[75] A. Gupta, A. Bhargav, A. Manthiram, Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1803096.

[76] S. Rehman, M. Pope, S. Tao, E. McCalla, Energy Environ. Sci. 2022, 15, 1423.

[77] Y. Yan, C. Cheng, L. Zhang, Y. Li, J. Lu, Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1900148.

[78] J. Tan, D. Liu, X. Xu, L. Mai, Nanoscale 2017, 9, 19001.

[79] S. Zhou, J. Shi, S. Liu, G. Li, F. Pei, Y. Chen, J. Deng, Q. Zheng, J. Li, C. Zhao, I. Hwang, C. J. Sun, Y. Liu, Y. Deng, L. Huang, Y. Qiao, G. L. Xu, J. F. Chen, K. Amine, S. G. Sun, H. G. Liao, Nature 2023, 621, 75.

[80] Y. Luo, Z. Fang, S. Duan, H. Wu, H. Liu, Y. Zhao, K. Wang, Q. Li, S. Fan, Z. Zheng, W. Duan, Y. Zhang, J. Wang, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202215802.

[81] X. Meng, Y. Liu, Y. Ma, Y. Boyjoo, J. Liu, J. Qiu, Z. Wang, Adv. Mater. 2023, 35, e2212039.

[82] J. Zheng, C. Guan, H. Li, Y. Xie, J. Hu, K. Zhang, B. Hong, Y. Lai, J. Li, Z. Zhang, J. Energy Chem. 2022, 73, 460.

[83] Z. Yu, Y. Shao, L. Ma, C. Liu, C. Gu, J. Liu, P. He, M. Li, Z. Nie, Z. Peng, Y. Shao, Adv. Mater. 2022, 34, e2106618.

[84] C. Prehal, J. M. von Mentlen, S. Drvaric Talian, A. Vizintin, R. Dominko, H. Amenitsch, L. Porcar, S. A. Freunberger, V. Wood, Nat. Commun. 2022, 13, 6326.

[85] L. Jia, J. Wang, S. Ren, G. Ren, X. Jin, L. Kao, X. Feng, F. Yang, Q. Wang, L. Pan, Q. Li, Y.s. Liu, Y. Wu, G. Liu, J. Feng, S. Fan, Y. Ye, J. Guo, Y. Zhang, Energy Environ. Mater. 2020, 4, 222.

[86] J.-J. Chen, R.-M. Yuan, J.-M. Feng, Q. Zhang, J.-X. Huang, G. Fu, M.-S. Zheng, B. Ren, Q.-F. Dong, Chem. Mater. 2015, 27, 2048.

[87] L. Zhang, T. Qian, X. Zhu, Z. Hu, M. Wang, L. Zhang, T. Jiang, J. H. Tian, C. Yan, Chem. Soc. Rev. 2019, 48, 5432.

[88] J. H. Tian, T. Jiang, M. Wang, Z. Hu, X. Zhu, L. Zhang, T. Qian, C. Yan, Small Methods 2019, 4, 1900467.

[89] J. Xiao, J. Z. Hu, H. Chen, M. Vijayakumar, J. Zheng, H. Pan, E. D. Walter, M. Hu, X. Deng, J. Feng, B. Y. Liaw, M. Gu, Z. D. Deng, D. Lu, S. Xu, C. Wang, J. Liu, Nano Lett. 2015, 15, 3309.

[90] Q. Wang, J. Zheng, E. Walter, H. Pan, D. Lv, P. Zuo, H. Chen, Z. D. Deng, B. Y. Liaw, X. Yu, X. Yang, J.-G. Zhang, J. Liu, J. Xiao, J. Electrochem. Soc. 2015, 162, A474.

[91] J. Conder, R. Bouchet, S. Trabesinger, C. Marino, L. Gubler, C. Villevieille, Nat. Energy 2017, 2, 17076.

[92] M. Cuisinier, P.-E. Cabelguen, S. Evers, G. He, M. Kolbeck, A. Garsuch, T. Bolin, M. Balasubramanian, L. F. Nazar, J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 3227.

[93] X. Chen, L. Yuan, Z. Li, S. Chen, H. Ji, Y. Qin, L. Wu, Y. Shen, L. Wang, J. Hu, Y. Huang, ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 29830.

[94] R. S. Assary, L. A. Curtiss, J. S. Moore, J. Phys. Chem. C 2014, 118, 11545.

[95] Y. Xiang, M. Tao, X. Chen, P. Shan, D. Zhao, J. Wu, M. Lin, X. Liu, H. He, W. Zhao, Y. Hu, J. Chen, Y. Wang, Y. Yang, Nat. Commun. 2023, 14, 177.

[96] Y. X. Zhan, P. Shi, C. B. Jin, Y. Xiao, M. Y. Zhou, C. X. Bi, B. Q. Li, X. Q. Zhang, J. Q. Huang, Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2206834.

[97] C. Fang, J. Li, M. Zhang, Y. Zhang, F. Yang, J. Z. Lee, M. H. Lee, J. Alvarado, M. A. Schroeder, Y. Yang, B. Lu, N. Williams, M. Ceja, L. Yang, M. Cai, J. Gu, K. Xu, X. Wang, Y. S. Meng, Nature 2019, 572, 511.

[98] L.-Y. Yao, L.-P. Hou, Y.-W. Song, M. Zhao, J. Xie, B.-Q. Li, Q. Zhang, J.-Q. Huang, X.-Q. Zhang, J. Mater. Chem. A 2023, 11, 7441.

[99] M. A. Weret, S.-K. Jiang, K. N. Shitaw, C.-Y. Chang, T. M. Tekaligne, J.-C. Chiou, S.-C. Yang, N. T. Temesgen, Y. Nikodimos, S.-H. Wu, C.-C. Wang, W.-N. Su, B. J. Hwang, ACS Energy Lett. 2023, 8, 2817.

[100] F. Liu, R. Xu, Y. Wu, D. T. Boyle, A. Yang, J. Xu, Y. Zhu, Y. Ye, Z. Yu, Z. Zhang, X. Xiao, W. Huang, H. Wang, H. Chen, Y. Cui, Nature 2021, 600, 659.

[101] J. Ming, Z. Cao, Q. Li, W. Wahyudi, W. Wang, L. Cavallo, K.-J. Park, Y.-K. Sun, H. N. Alshareef, ACS Energy Lett. 2019, 4, 1584.

[102] N. N. Rajput, V. Murugesan, Y. Shin, K. S. Han, K. C. Lau, J. Chen, J. Liu, L. A. Curtiss, K. T. Mueller, K. A. Persson, Chem. Mater. 2017, 29, 3375.

[103] Y.-W. Song, L. Shen, N. Yao, X.-Y. Li, C.-X. Bi, Z. Li, M.-Y. Zhou, X.-Q. Zhang, X. Chen, B.-Q. Li, J.-Q. Huang, Q. Zhang, Chem 2022, 8, 3031.

[104] X. Chen, Q. Zhang, Acc. Chem. Res. 2020, 53, 1992.

[105] K. Xu, Chem. Rev. 2004, 104, 4303.

[106] K. Xu, A. von Cresce, U. Lee, Langmuir 2010, 26, 11538.

[107] K. Xu, J. Electrochem. Soc. 2007, 154, A162.

[108] C. Jiang, Q. Jia, M. Tang, K. Fan, Y. Chen, M. Sun, S. Xu, Y. Wu, C. Zhang, J. Ma, C. Wang, W. Hu, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 10871.

[109] X. Chen, X.-Q. Zhang, H.-R. Li, Q. Zhang, Batteries Supercaps 2019, 2, 128.

[110] W. Wahyudi, X. Guo, V. Ladelta, L. Tsetseris, M. I. Nugraha, Y. Lin, V. Tung, N. Hadjichristidis, Q. Li, K. Xu, J. Ming, T. D. Anthopoulos, Adv. Sci. 2022, 9, 2202405.

[111] Z. Yu, P. E. Rudnicki, Z. Zhang, Z. Huang, H. Celik, S. T. Oyakhire, Y. Chen, X. Kong, S. C. Kim, X. Xiao, H. Wang, Y. Zheng, G. A. Kamat, M. S. Kim, S. F. Bent, J. Qin, Y. Cui, Z. Bao, Nat. Energy 2022, 7, 94.

[112] 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.

[113] Y. Ji, Z. W. Yin, Z. Yang, Y. P. Deng, H. Chen, C. Lin, L. Yang, K. Yang, M. Zhang, Q. Xiao, J. T. Li, Z. Chen, S. G. Sun, F. Pan, Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 10743.

[114] D. Atkins, E. Ayerbe, A. Benayad, F. G. Capone, E. Capria, I. E. Castelli, I. Cekic-Laskovic, R. Ciria, L. Dudy, K. Edström, M. R. Johnson, H. Li, J. M. G. Lastra, M. L. De Souza, V. Meunier, M. Morcrette, H. Reichert, P. Simon, J. P. Rueff, J. Sottmann, W. Wenzel, A. Grimaud, Adv. Energy Mater. 2021, 12, 2102687.

[115] W. Yao, J. Xu, L. Ma, X. Lu, D. Luo, J. Qian, L. Zhan, I. Manke, C. Yang, P. Adelhelm, R. Chen, Adv. Mater. 2023, 35, e2212116.

[116] Z. Wang, Y. Li, H. Ji, J. Zhou, T. Qian, C. Yan, Adv. Mater. 2022, 34, e2203699.

[117] N. Zhong, C. Lei, R. Meng, J. Li, X. He, X. Liang, Small 2022, 18, e2200046.

[118] H. Zhao, J. Gu, Y. Gao, Q. Hou, Z. Ren, Y. Qi, K. Zhang, C. Shen, J. Zhang, K. Xie, J. Energy Chem. 2020, 51, 362.

[119] L. Wang, Z. Hu, X. Wan, W. Hua, H. Li, Q.-H. Yang, W. Wang, Adv. Energy Mater. 2022, 12, 2200340.

[120] W. Hua, H. Li, C. Pei, J. Xia, Y. Sun, C. Zhang, W. Lv, Y. Tao, Y. Jiao, B. Zhang, S. Z. Qiao, Y. Wan, Q. H. Yang, Adv. Mater. 2021, 33, e2101006.

[121] J. Zhou, X. Liu, L. Zhu, J. Zhou, Y. Guan, L. Chen, S. Niu, J. Cai, D. Sun, Y. Zhu, J. Du, G. Wang, Y. Qian, Joule 2018, 2, 2681.

[122] T. Zhou, W. Lv, J. Li, G. Zhou, Y. Zhao, S. Fan, B. Liu, B. Li, F. Kang, Q.-H. Yang, Energ. Environ. Sci. 2017, 10, 1694.

[123] L. Wang, W. Hua, X. Wan, Z. Feng, Z. Hu, H. Li, J. Niu, L. Wang, A. Wang, J. Liu, X. Lang, G. Wang, W. Li, Q. H. Yang, W. Wang, Adv. Mater. 2022, 34, e2110279.

[124] J. Zhang, C. You, H. Lin, J. Wang, Energy Environ. Mater. 2022, 5, 731.

[125] E. P. Kamphaus, P. B. Balbuena, J. Phys. Chem. C 2021, 125, 20157.

[126] M. Y.e. Ovchinnikov, E. V. Kuzmina, E. V. Karaseva, S. L. Khursan, V. S. Kolosnitsyn, Int. J. Quantum Chem 2022, 122, e26985.

[127] H. Pan, X. Wei, W. A. Henderson, Y. Shao, J. Chen, P. Bhattacharya, J. Xiao, J. Liu, Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1500113.

[128] P. Partovi-Azar, T. D. Kuhne, P. Kaghazchi, Phys. Chem. Chem. Phys. 2015, 17, 22009.

[129] G. Li, S. Wang, Y. Zhang, M. Li, Z. Chen, J. Lu, Adv. Mater. 2018, 30, e1705590.

[130] X. Gao, Y. Chen, L. Johnson, P. G. Bruce, Nat. Mater. 2016, 15, 882.

[131] H. Chu, H. Noh, Y. J. Kim, S. Yuk, J. H. Lee, J. Lee, H. Kwack, Y. Kim, D. K. Yang, H. T. Kim, Nat. Commun. 2019, 10, 188.

[132] M. Baek, H. Shin, K. Char, J. W. Choi, Adv. Mater. 2020, 32, e2005022.

[133] H. Yang, X. Chen, N. Yao, N. Piao, Z. Wang, K. He, H.-M. Cheng, F. Li, ACS Energy Lett. 2021, 6, 1413.

[134] N. Piao, S. Liu, B. Zhang, X. Ji, X. Fan, L. Wang, P.-F. Wang, T. Jin, S.-C. Liou, H. Yang, J. Jiang, K. Xu, M. A. Schroeder, X. He, C. Wang, ACS Energy Lett. 2021, 6, 1839.

[135] C. C. Su, M. He, R. Amine, Z. Chen, K. Amine, Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 12033.

[136] C.-C. Su, M. He, R. Amine, T. Rojas, L. Cheng, A. T. Ngo, K. Amine, Energ. Environ. Sci. 2019, 12, 1249.

[137] J. Xu, J. Zhang, T. P. Pollard, Q. Li, S. Tan, S. Hou, H. Wan, F. Chen, H. He, E. Hu, K. Xu, X. Q. Yang, O. Borodin, C. Wang, Nature 2023, 614, 694.

[138] H. Zhang, R. Li, L. Chen, Y. Fan, H. Zhang, R. Zhang, L. Zheng, J. Zhang, S. Ding, Y. Wu, B. Ma, S. Zhang, T. Deng, L. Chen, Y. Shen, X. Fan, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202218970.

[139] M. Li, H. Chen, Y. Wang, X. Chen, J. Wu, J. Su, M. Wang, X. Li, C. Li, L. Ma, X. Li, Y. Chen, J. Mater. Chem. A 2023, 11, 11721.

[140] A. Gupta, A. Bhargav, A. Manthiram, ACS Energy Lett. 2020, 6, 224.

[141] L. Fan, S. Chen, J. Zhu, R. Ma, S. Li, R. Podila, A. M. Rao, G. Yang, C. Wang, Q. Liu, Z. Xu, L. Yuan, Y. Huang, B. Lu, Adv. Sci. 2018, 5, 1700934.

[142] Y. Xiao, B. Han, Y. Zeng, S. S. Chi, X. Zeng, Z. Zheng, K. Xu, Y. Deng, Adv. Energy Mater. 2020, 10, 1903937.

[143] W. Sun, C. Liu, Y. Li, S. Luo, S. Liu, X. Hong, K. Xie, Y. Liu, X. Tan, C. Zheng, ACS Nano 2019, 13, 12137.

[144] J. Xu, H. Fan, D. Su, G. Wang, J. Alloys Compd. 2018, 747, 283.

[145] F. Pei, L. Lin, D. Ou, Z. Zheng, S. Mo, X. Fang, N. Zheng, Nat. Commun. 2017, 8, 482.

[146] Z. Liu, T. Lu, T. Song, X.-Y. Yu, X. W. Lou, U. Paik, Energ. Environ. Sci. 2017, 10, 1576.

[147] S.-H. Chung, C.-H. Chang, A. Manthiram, Energ. Environ. Sci. 2016, 9, 3188.

[148] P. Xue, K. Zhu, W. Gong, J. Pu, X. Li, C. Guo, L. Wu, R. Wang, H. Li, J. Sun, G. Hong, Q. Zhang, Y. Yao, Adv. Energy Mater. 2022, 12, 2200308.

[149] (3)J. He, A. Manthiram, Adv. Energy Mater. 2019, 10, 1903241.

[150] M. Li, H. Chen, C. Guo, S. Qian, H. Li, Z. Wu, C. Xing, P. Xue, S. Zhang, Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2300646.

[151] H. Shi, X. Ren, J. Lu, C. Dong, J. Liu, Q. Yang, J. Chen, Z. S. Wu, Adv. Energy Mater. 2020, 10, 2002271.

[152] J. Mu, H. Jiang, M. Yu, S. Gu, G. He, Y. Dai, X. Li, ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 23408.

[153] Y. Li, X. Wang, M. Sun, J. Xiao, B. Zhang, L. Ai, Z. Zhao, J. Qiu, ACS Nano 2022, 16, 17008.

[154] Y. Yao, H. Wang, H. Yang, S. Zeng, R. Xu, F. Liu, P. Shi, Y. Feng, K. Wang, W. Yang, X. Wu, W. Luo, Y. Yu, Adv. Mater. 2019, 32, 1905658.

[155] J. He, A. Bhargav, A. Manthiram, Adv. Energy Mater. 2021, 12, 2103204.

[156] J. He, A. Bhargav, H. Sul, A. Manthiram, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 62, e202216267.

[157] W. Cai, G. Li, D. Luo, G. Xiao, S. Zhu, Y. Zhao, Z. Chen, Y. Zhu, Y. Qian, Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1802561.

[158] S. Liu, J. Li, X. Yan, Q. Su, Y. Lu, J. Qiu, Z. Wang, X. Lin, J. Huang, R. Liu, B. Zheng, L. Chen, R. Fu, D. Wu, Adv. Mater. 2018, 30, 1706895.

[159] H. Li, Z. Cheng, A. Natan, A. M. Hafez, D. Cao, Y. Yang, H. Zhu, Small 2019, 15, e1804609.

[160] S. Lin, Y. Yan, Z. Cai, L. Liu, X. Hu, Small 2018, 14, 1800616.

[161] J. Tan, X. Li, Z. Fang, X. Zhu, C. Ye, M. Ye, J. Shen, J. Power Sources 2022, 548, 232035.

[162] S. Wu, Y. Yao, X. Nie, Z. Yu, Y. Yu, F. Huang, Small 2022, 18, e2202651.

[163] K. Zhu, L. Li, P. Xue, J. Pu, L. Wu, G. Guo, R. Wang, Y. Zhang, H. Peng, G. Hong, Q. Zhang, Y. Yao, Carbon Energy 2023, 5, e352.

[164] J. Xu, S. An, X. Song, Y. Cao, N. Wang, X. Qiu, Y. Zhang, J. Chen, X. Duan, J. Huang, W. Li, Y. Wang, Adv. Mater. 2021, 33, 2105178.

[165] X. Wang, Y. Qian, L. Wang, H. Yang, H. Li, Y. Zhao, T. Liu, Adv. Funct. Mater. 2019, 19, 1902929.

[166] S. Wang, B. Lu, D. Cheng, Z. Wu, S. Feng, M. Zhang, W. Li, Q. Miao, M. Patel, J. Feng, E. Hopkins, J. Zhou, S. Parab, B. Bhamwala, B. Liaw, Y. S. Meng, P. Liu, J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 9624.

[167] Z. X. Chen, M. Zhao, L. P. Hou, X. Q. Zhang, B. Q. Li, J. Q. Huang, Adv. Mater. 2022, 34, e2201555.

[168] G. Ye, M. Zhao, L.-P. Hou, W.-J. Chen, X.-Q. Zhang, B.-Q. Li, J.-Q. Huang, J. Energy Chem. 2022, 66, 24.

[169] L. Shi, S.-M. Bak, Z. Shadike, C. Wang, C. Niu, P. Northrup, H. Lee, A. Y. Baranovskiy, C. S. Anderson, J. Qin, S. Feng, X. Ren, D. Liu, X.-Q. Yang, F. Gao, D. Lu, J. Xiao, J. Liu, Energ. Environ. Sci. 2020, 13, 3620.

[170] D.-W. Wang, Q. Zeng, G. Zhou, L. Yin, F. Li, H.-M. Cheng, I. R. Gentle, G. Q. M. Lu, J. Mater. Chem. A 2013, 1, 4396.

[171] F. He, X. Wu, J. Qian, Y. Cao, H. Yang, X. Ai, D. Xia, J. Mater. Chem. A 2018, 6, 23396.

[172] J. Zheng, G. Ji, X. Fan, J. Chen, Q. Li, H. Wang, Y. Yang, K. C. DeMella, S. R. Raghavan, C. Wang, Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1803774.

[173] F. Huang, L. Gao, Y. Zou, G. Ma, J. Zhang, S. Xu, Z. Li, X. Liang, J. Mater. Chem. A 2019, 7, 12498.

[174] L. Dong, J. Liu, D. Chen, Y. Han, Y. Liang, M. Yang, C. Yang, W. He, ACS Nano 2019, 13, 14172.

[175] T. Yang, T. Qian, J. Liu, N. Xu, Y. Li, N. Grundish, C. Yan, J. B. Goodenough, ACS Nano 2019, 13, 9067.

[176] Z. Yu, J. Zhang, C. Wang, R. Hu, X. Du, B. Tang, H. Qu, H. Wu, X. Liu, X. Zhou, X. Yang, G. Cui, J. Energy Chem. 2020, 51, 154.

RIGHTS & PERMISSIONS

2024 The Authors. Energy & Environmental Materials published by John Wiley & Sons Australia, Ltd on behalf of Zhengzhou University.