Nylig fremgang for borbaserte materialer i litium-svovelbatteri
Forfatter:LI Gaoran, LI Hongyang, ZENG Haibo
MIIT Key Laboratory of Advanced Display Materials and Devices, Institute of Nano Optoelectronic Materials, School of Materials Science and Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094
Abstrakt
Litium-svovel (Li-S) batterier spiller en avgjørende rolle i utviklingen av neste generasjons elektrokjemisk energilagringsteknologi på grunn av dens høye energitetthet og lave kostnader. Imidlertid er deres praktiske anvendelse fortsatt hindret av den trege kinetikken og lave reversibiliteten til konverteringsreaksjonene, noe som bidrar til relativt lav praktisk kapasitet, Coulombisk ineffektivitet og syklingsustabilitet. I denne forbindelse presenterer den rasjonelle utformingen av ledende, adsorptive og katalytiske funksjonelle materialer en kritisk vei for å stabilisere og fremme svovelelektrokjemi. Ved å dra nytte av de unike atom- og elektroniske strukturene til bor, viser borbaserte materialer mangfoldige og justerbare fysiske, kjemiske og elektrokjemiske egenskaper, og har fått omfattende forskningsoppmerksomhet i Li-S-batterier. Denne artikkelen gjennomgår den nylige forskningsfremgangen til borbaserte materialer, inkludert borofen, boratom-dopet karbon, metallborider og ikke-metallborider i Li-S-batterier, konkluderer de gjenværende problemene og foreslår et fremtidig utviklingsperspektiv.
Nøkkelord:litium-svovelbatteri, borid, kjemisk doping, borofen, skytteleffekt, anmeldelse
Å utvikle grønn fornybar energi, utvikle avanserte energikonvertering og lagringsmetoder, og etablere et effektivt og rent energisystem er uunngåelige valg for å håndtere energikrisen og klimaendringene i dagens verden. Elektrokjemisk energilagringsteknologi, representert ved batterier, kan konvertere og lagre ny ren energi og utnytte den i en mer effektiv og praktisk form, og spiller en viktig rolle i å fremme grønn energiøkonomi og bærekraftig utvikling [1,2]. Blant mange batteriteknologier har litium-ion-batterier fordelene med høy energitetthet og ingen minneeffekt. Den har oppnådd rask utvikling siden kommersialiseringen i 1991, og har blitt mye brukt i elektriske kjøretøy, bærbare elektroniske enheter, nasjonalt forsvar og andre felt [3,4]. Men med den kontinuerlige utviklingen av elektrisk utstyr, har tradisjonelle litium-ion-batterier ikke vært i stand til å møte det økende energibehovet. På denne bakgrunnen har litium-svovelbatterier vakt stor oppmerksomhet på grunn av deres høye teoretiske spesifikke kapasitet (1675 mAh·g-1) og energitetthet (2600 Wh∙kg-1). Samtidig er svovelressurser rikelig, vidt distribuert, lavpriset og miljøvennlig, noe som gjør litium-svovelbatterier til et forskningshotspot innen nye sekundære batterier de siste årene [5,6].
1 Arbeidsprinsipp og eksisterende problemer med litium-svovelbatterier
Litium-svovel-batterier bruker vanligvis elementært svovel som positiv elektrode og metallisk litium som negativ elektrode. Den grunnleggende batteristrukturen er vist i figur 1(a). Den elektrokjemiske reaksjonen er en flertrinns konverteringsreaksjonsprosess som involverer flere elektronoverføringer, ledsaget av fast-væske faseovergang og en serie av litiumpolysulfid-mellomprodukter (Figur 1(b)) [7,8]. Blant dem er elementært svovel og kortkjedet Li2S2/Li2S lokalisert i begge ender av reaksjonskjeden uløselige i elektrolytten og eksisterer i form av utfelling på elektrodeoverflaten. Langkjedet litiumpolysulfid (Li2Sx, 4 Mindre enn eller lik x Mindre enn eller lik 8) har høyere løselighet og migrasjonsevne i elektrolytten. Basert på de iboende egenskapene til elektrodematerialer og deres fast-flytende fase transformasjonsreaksjonsmekanisme, har litium-svovelbatterier energi- og kostnadsfordeler, men de står også overfor mange problemer og utfordringer [9,10,11,12]:
Fig. 1 Skjematisk diagram av (a) litium-svovelbatterikonfigurasjon og (b) tilsvarende ladnings-utladningsprosess[7]
1) Fastfase elementært svovel og Li2S akkumuleres på elektrodeoverflaten, og deres iboende elektron- og ionetreghet fører til vanskeligheter med ladningsoverføring og langsom reaksjonskinetikk, og reduserer dermed utnyttelsesgraden av aktive materialer og den faktiske kapasiteten til batteriet.
2) Det er en stor tetthetsforskjell mellom svovel og Li2S i begge ender av reaksjonskjeden (2,07 vs 1,66 g∙cm-3). Materialet opplever en volumendring på opptil 80 % under reaksjonsprosessen, og den mekaniske strukturelle stabiliteten til elektroden står overfor store utfordringer.
3) Oppløsnings- og migrasjonsadferden til litiumpolysulfid i elektrolytten forårsaker en alvorlig "skytteleffekt", som resulterer i alvorlig tap av aktivt materiale og Coulomb-tap. I tillegg deltar litiumpolysulfid i kjemiske/elektrokjemiske sidereaksjoner på anodeoverflaten, som ikke bare forårsaker ytterligere tap av aktive materialer, men også passiverer og korroderer anodeoverflaten, forverrer dannelsen og veksten av litiumdendritter, og øker sikkerhetsrisikoen.
Disse problemene henger sammen og påvirker hverandre, noe som i stor grad øker kompleksiteten til batterisystemet, noe som gjør det vanskelig for dagens litium-svovelbatterier å møte behovene til praktiske applikasjoner når det gjelder aktiv materialutnyttelse, faktisk energitetthet, syklusstabilitet og sikkerhet . Fra analysen av problemene ovenfor kan det sees at rimelig kontroll av den elektrokjemiske svovelreaksjonsprosessen er den eneste måten å forbedre ytelsen til litium-svovelbatterier. Hvordan man oppnår effektiv styring og forbedring av svovelelektrokjemi avhenger av målrettet design, utvikling og anvendelse av avanserte funksjonelle materialer. Blant dem er den mest representative strategien å utvikle funksjonelle materialer med ledende, adsorpsjons- og katalytiske egenskaper som svovelkatodeverter eller modifiserte separatorer. Gjennom sin fysiske og kjemiske interaksjon med litiumpolysulfid, er det aktive materialet begrenset til det positive elektrodeområdet, og hemmer oppløsning og diffusjon, og fremmer dets elektrokjemiske omdannelse. Derved lindre skytteleffekten og forbedre energieffektiviteten og syklusstabiliteten til batteriet [13,14]. Basert på denne ideen har forskere utviklet ulike typer funksjonelle materialer på en målrettet måte, inkludert karbonmaterialer, ledende polymerer, metallorganiske rammeverk, metalloksider/sulfider/nitrider osv. Gode resultater er oppnådd [15,16,17, 18,19].
2 Anvendelse av borbaserte materialer i litium-svovelbatterier
Bor er det minste metalloidelementet. Dens lille atomradius og store elektronegativitet gjør det enkelt å danne metalliske kovalente forbindelser. Boratomer har en typisk elektronmangelstruktur, og deres valenselektronkonfigurasjon er 2s22p1. De kan dele ett eller flere elektroner med andre atomer gjennom ulike hybridiseringsformer for å danne multisenterbindinger [20,21]. Disse egenskapene gjør boridstrukturen svært justerbar, viser unike og rike kjemiske og fysiske egenskaper, og kan brukes mye på mange felt som lett industri, byggematerialer, nasjonalt forsvar, energi, etc. [22,23]. Til sammenligning er forskningen på borbaserte materialer i litium-svovelbatterier fortsatt i sin spede begynnelse. De siste årene har nanoteknologi og karakteriseringsmetoder fortsatt å utvikle seg, og de strukturelle egenskapene til borbaserte materialer har blitt kontinuerlig utforsket og utviklet, noe som gjør at deres målrettede forskning og anvendelse i litium-svovelsystemer også begynner å dukke opp. I lys av dette fokuserer denne artikkelen på typiske borbaserte materialer som borofen, boratom-dopet karbon, metallborider og ikke-metallborider. Denne artikkelen gjennomgår den siste forskningsfremgangen innen litium-svovel-batterier, oppsummerer eksisterende problemer og ser frem til fremtidige utviklingsretninger.
2.1 Borene
Som en veldig representativ allotrop blant borelementer har borofen en enkeltatomtykk todimensjonal struktur som ligner på grafen. Sammenlignet med bulkborelement viser det overlegne elektriske, mekaniske og termiske egenskaper og er en stigende stjerne i todimensjonale materialer [24]. Basert på topologiske forskjeller i arrangementet av boratomer, har borofen rike krystallstrukturer og elektroniske egenskaper, så vel som anisotropiske ledende egenskaper. Som man kan se fra figur 2(a, b), har elektroner i borofen en tendens til å være konsentrert på toppen av boratomer, og disse elektronpolarisasjonsområdene har høyere bindingsaktivitet. Det forventes å gi gode kjemiske adsorpsjonssteder for polysulfider i litium-svovel batterisystemer [25]. Samtidig har borofenfilmen god elektrisk ledningsevne og fysisk og kjemisk stabilitet, så den har godt brukspotensial i litium-svovelbatterier.
Fig. 2 (a) Strukturelle modeller av forskjellige borofener og deres tilsvarende ladningstetthetsfordelinger, (b) adsorpsjonsenergier av polysulfider på forskjellige borofener[25]
Jiang et al. [26] fant gjennom teoretiske beregninger at borofen viser sterk adsorpsjonskapasitet for litiumpolysulfid. Imidlertid kan denne sterke interaksjonen også lett utløse nedbrytning av Li-S-klynger, noe som resulterer i tap av svovel, det aktive materialet. Til sammenligning adsorberer overflaten av borofen med en iboende defektstruktur litiumpolysulfid mer skånsomt [27], noe som gjør det mulig å begrense skytteladferden samtidig som man unngår dekomponering og ødeleggelse av ringstrukturen. Det forventes å bli et mer egnet litiumpolysulfid-adsorpsjonsmateriale. Samtidig viser energibåndanalyseresultatene til borofen-litiumpolysulfid-adsorpsjonsstrukturen at adsorpsjonsklyngene er metalliske, noe som hovedsakelig skyldes de iboende metalliske egenskapene til bor og dets sterke elektroakustiske koblingsstyrke. Det forventes å hjelpe den elektrokjemiske konverteringsprosessen av svovel for å oppnå bedre reaksjonskinetikk [28]. I tillegg har Grixti et al. [29] simulerte diffusjonsprosessen av litiumpolysulfidmolekyler på overflaten av 12-boren. Det ble funnet at 12-boren viste sterk adsorpsjon til en serie litiumpolysulfider. De laveste diffusjonsenergibarrierene for Li2S6- og Li2S4-molekyler i lenestolretningen er henholdsvis 0.99 og 0.61 eV, noe som er lettere enn diffusjonen i sikksakk-retningen. Takket være sin gode adsorpsjonskapasitet og moderate diffusjonsenergibarriere, regnes 12-boren som et utmerket litiumpolysulfid-adsorpsjonsmateriale, som forventes å undertrykke skytteleffekten i litium-svovelbatterier og forbedre reversibiliteten til elektrokjemiske svovelreaksjoner.
Imidlertid er det meste av den nåværende forskningen på borfortynning i litium-svovelbatterier fortsatt på det teoretiske prediksjonsstadiet, og eksperimentelle bekreftelser rapporteres sjelden. Dette er hovedsakelig på grunn av vanskeligheten med å tilberede fortynnet bor. Eksistensen av bor ble spådd på 1990-tallet, men det ble faktisk ikke forberedt før i 2015 [30]. Noe av årsaken kan være at bor bare har tre valenselektroner og trenger å danne en rammestruktur for å kompensere for de manglende elektronene, noe som gjør det lettere å danne en 3D i stedet for en 2D-struktur. For tiden er fremstillingen av bor vanligvis avhengig av teknologier som molekylær stråleepitaksi og høyt vakuum, høy temperatur og andre forhold, og synteseterskelen er høy [31]. Derfor er det nødvendig å utvikle en enklere og mer effektiv borfortynnet syntesemetode, og eksperimentelt utforske og demonstrere dens effekt og relaterte mekanismer i litium-svovelbatterier.
2.2 Boratomer dopet karbon
Kjemisk dopede karbonmaterialer er varme materialer innen ny energiforskning. Passende elementdoping kan beholde fordelene til karbonmaterialer som lett og høy ledningsevne, samtidig som de gir dem ytterligere fysiske og kjemiske egenskaper for å tilpasse seg forskjellige bruksscenarier [32,33]. Kjemisk dopede karbonmaterialer har blitt mye studert i litium-svovelbatterier [34,35], blant hvilke doping med svært elektronegative atomer som nitrogenatomer er mer vanlig. Bor har derimot en elektronmangel struktur og er mindre elektronegativ enn karbon. Det blir elektropositivt etter å ha blitt innlemmet i karbongitteret. Det forventes å danne en god adsorpsjonseffekt på negativt ladede polysulfidanioner, og dermed lindre skytteleffekten [36,37].
Yang et al. [38] brukte bordopet porøst karbon som svovelkatodevertsmateriale og fant at bordoping ikke bare forbedret den elektroniske ledningsevnen til karbonmaterialet, men også induserte positiv polarisering av karbonmatrisen. Negativt ladede polysulfidioner adsorberes og forankres effektivt gjennom elektrostatisk adsorpsjon og Lewis-interaksjon, og hemmer derved deres oppløsning og diffusjon (Figur 3(a, b)). Derfor viser svovelkatoden basert på bor-dopet porøst karbon høyere initial kapasitet og mer stabil syklusytelse enn rene karbon- og nitrogen-dopede prøver. Xu et al. [39] oppnådde bor atom-dopet karbon nanorør/svovel kompositt katodemateriale (BUCNTs/S) gjennom en hydrotermisk one-pot metode. Væskefase in-situ syntese gjør at svovel blir mer jevnt fordelt i kompositten, mens bordoping gir det karbonbaserte vertsmaterialet høyere elektrisk ledningsevne og sterkere svovelfikserende evne. Den resulterende BUCNTs/S-elektroden oppnådde en initial kapasitet på 1251 mAh∙g-1 ved 0.2C, og kunne fortsatt opprettholde en kapasitet på 750 mAh∙g-1 etter 400 sykluser. I tillegg til svovelkatodeverter spiller bor-dopete karbonmaterialer også en viktig rolle i utformingen av batterifunksjonelle separatorer. Han et al. [40] belagt lett bor-dopet grafen på en tradisjonell separator for å konstruere et funksjonelt modifikasjonslag, ved å bruke dets adsorpsjon og gjenbruk av polysulfider for å effektivt lindre skytteleffekten og forbedre utnyttelsesgraden av aktive materialer.
Fig. 3 (a) Skjema av B-dopet karbon-ryggrad, (b) S2p XPS-spektra av svovelkompositter basert på forskjellige element-dopet porøst karbon; og (c) skjema for ladnings-utladningsprosess for NBCGN/S-kompositt, (d) sykling ved 0.2C og (e) hastighetsytelser til svovelelektroder basert på forskjellige element-dopet buede grafen nanobånd[44]
Med tanke på de grunnleggende egenskapene til forskjellige dopingelementer og deres forskjellige virkemåter i karbongitterstrukturen, er multielement co-doping en av de viktige strategiene for å regulere overflatekjemien til karbonmaterialer og forbedre svovelelektrokjemiske reaksjoner [41, 42, 43]. I denne forbindelse syntetiserte Kuangs forskningsgruppe [44] nitrogen og bor co-doped grafen nanoribbons (NBCGNs) for første gang gjennom en hydrotermisk metode som vertsmateriale for svovelkatoden, som vist i figur 3(c). Studien fant at den synergistiske effekten av nitrogen- og bor-samdoping ikke bare induserer NBCGN-er til å oppnå større spesifikt overflateareal, porevolum og høyere ledningsevne, men hjelper også til jevnt å fordele svovel i katoden. Enda viktigere, bor og nitrogen fungerer som elektronmangelfulle og elektronrike sentre i det samtidig dopede systemet. Den kan bindes med henholdsvis Sx2- og Li+ gjennom Lewis-interaksjoner, og adsorberer derved litiumpolysulfid mer effektivt og forbedrer syklus- og hastighetsytelsen til batteriet betydelig (Figur 3(d, e)). Basert på lignende dopingstrategier av høy- og lavelektronegativitetselementer. Jin et al. [45] forberedte bor- og oksygen-samdopet flerveggede karbon-nanorør-vertsmaterialer ved bruk av borsyre som dopingmiddel. Det resulterende batteriet opprettholder fortsatt en spesifikk kapasitet på 937 mAh∙g-1 etter 100 sykluser, noe som er betydelig bedre enn batteriytelsen basert på vanlige karbonrør (428 mAh∙g-1). I tillegg har forskere også prøvd andre samdopingformer. Inkludert borosilikat-samdopet grafen [46], koboltmetall og bornitrogen-samdopet grafen [47], etc., har effektivt forbedret batteriytelsen. Den synergistiske effekten av de samtidig dopede komponentene spiller en avgjørende rolle for å forbedre den elektrokjemiske svovelreaksjonen.
Borelementdoping kan effektivt forbedre den iboende ledningsevnen og overflatekjemiske polariteten til karbonmaterialer, styrke kjemisk adsorpsjon og hemme skytteladferden til litiumpolysulfid, og dermed forbedre svovelelektrokjemisk reaksjonskinetikk og stabilitet, og forbedre batteriytelsen. Til tross for dette er det fortsatt mange problemer i forskningen på bor-dopete karbonmaterialer i litium-svovel-batterier, som må utforskes og analyseres videre. For eksempel påvirkningen av bordopingmengde og dopingkonfigurasjon på ledningsevnen, overflateladningsfordelingen og adsorpsjonsadferden til litiumpolysulfid av karbonmaterialer. Samtidig avhenger hvordan man oppnår karbonmaterialer med høye bordopingnivåer og hvordan man nøyaktig kontrollerer dopingkonfigurasjonen av utviklingen av avanserte forberedelsesmetoder og teknologier. I tillegg, for flerelement-samdopete systemer, må mer passende kombinasjoner av dopingelementer fortsatt utforskes ytterligere. Etabler et systematisk struktur-aktivitetsforhold for å klargjøre den synergistiske effektmekanismen til den samdopete strukturen og dens innvirkning på modusen og intensiteten til vert-gjest-interaksjoner i svovelelektrokjemi.
2.3 Metallborider
Metallforbindelser har alltid vært et forskningshotspot for funksjonelle materialer i litium-svovelbatterier på grunn av deres iboende kjemiske polaritetsegenskaper og gode morfologiske og strukturelle plastisitet. Det er forskjellig fra vanlige metalloksider, sulfider, nitrider og andre ioniske forbindelser. Metallborider er vanligvis sammensatt av bor og metallelementer basert på kovalente bindinger, og deres fylte struktur arver en del av metallisiteten. Det viser mye høyere ledningsevne enn andre metallforbindelser (Figur 4) [48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56], og kan gi en rask tilførsel av elektroner for elektrokjemiske reaksjoner [57]. Samtidig er det en lokal begrenset ionebinding polar struktur mellom metall og bor, som kan gi gode adsorpsjonssteder for polysulfider [58,59]. I tillegg svekkes stabiliteten til svært elektronegativt bor etter legering med overgangsmetaller, og det er lettere å delta i redoksreaksjoner. Dette gjør det mulig for metallborider å delta i litium-svovel elektrokjemiske reaksjoner gjennom overflatereaksjoner som mediator [60].
Fig. 4 Konduktivitetssammenligning med flere kategorier av metallforbindelser[48,49,50,51,52,53,54,55,56]
Guan et al. [61] utarbeidet et vertsmateriale for svovelkatoder ved å laste amorfe Co2B-nanopartikler på grafen ved å bruke en væskefasereduksjonsmetode. Studier har funnet at både bor og kobolt kan tjene som adsorpsjonssteder for kjemisk forankring av litiumpolysulfid, og dermed hemme dets oppløsning og migrasjon. Sammen med den utmerkede ledningsevnen til grafen har batteriet fortsatt en utladningsspesifikk kapasitet på 758 mAh·g-1 etter 450 sykluser ved 1C-hastighet, og kapasitetsreduksjonshastigheten per syklus er { {26}}.029 %, viser utmerket syklusytelse. Basert på en lignende synergistisk adsorpsjonseffekt, har Co2B@CNT-komposittmaterialet, brukt som en funksjonell separator for litium-svovel-batterier, en adsorpsjonskapasitet på Li2S6 så høy som 11,67 mg∙m-2 [62], som kan effektivt blokkere diffusjon og penetrasjon av polysulfider og oppnå formålet med å hemme skytteleffekten. På dette grunnlag har Guan et al. [63] brukte videre todimensjonalt metallkarbid (MXene) som en bærer for å fremstille et Co2B@MXene heterojunction-komposittmateriale (Figur 5(a~d)). Gjennom teoretiske beregninger ble det funnet at den elektroniske interaksjonen ved heterojunction-grensesnittet fører til overføring av elektroner fra Co2B til MXene. Denne effekten forbedrer adsorpsjonen og katalytisk evne til Co2B for polysulfider (figur 5(a, b)). Derfor er kapasitetsfadinghastigheten til batteriet basert på Co2B@MXene funksjonelt modifisert separator i løpet av 2000 sykluser bare 0,0088 % per syklus. Og ved en svovelbelastning på 5,1 mg∙cm-2 er den spesifikke kapasiteten fortsatt så høy som 5,2 mAh∙cm-2 (Figur 5(c,d)). Det skal bemerkes at sammenlignet med krystallinske fasestrukturer, er denne typen amorfe fase metallboridmaterialer skånsommere og enklere i materialfremstilling. Imidlertid er kontrollerbarheten og stabiliteten til dens atomære og molekylære struktur relativt dårlig, noe som utgjør en stor hindring for å klargjøre komponentene og mikrostrukturen, og utforske dens påvirkningsmekanisme på den elektrokjemiske svovelreaksjonsprosessen.
Fig. 5 (a) Li2S4-adsorpsjonskonfigurasjoner på Co2B- og Co2B@MXene-overflater, (b) skjema for elektronomfordelingen ved grensesnittene mellom Co2B og MXene, (c) syklusytelse av celler basert på Co2B@MXene og andre separatorer, ( d) langsiktig sykkelytelse til Co2B@MXene-cellen[63]; (e) skjematisk illustrasjon av overflatekjemisk inneslutning av polysulfider på TiB2, (f) adsorpsjonskonfigurasjoner og (g) energier av svovelarter på (001) og (111) overflater av TiB2, (h) høybelastningsytelse og (i) ) langsiktig syklus av TiB2-basert svovelelektrode[63,65]
TiB2 er en klassisk metallborid med utmerket elektrisk ledningsevne (~106 S∙cm-1) og er mye brukt i felt som ledende keramikk, presisjonsmaskinering og elektrokjemiske enheter. TiB2 har en typisk sekskantet struktur og har høy hardhet og strukturell elastisitet, noe som hjelper til med å tilpasse seg volumendringen av svovelreaksjonen. Samtidig forventes det store antallet umettede strukturer på overflaten å danne en sterk grenseflatekjemisk interaksjon med litiumpolysulfid [64], og dermed oppnå gode adsorpsjons- og inneslutningseffekter. Li et al. [65] rapporterte først at TiB2 ble brukt som vertsmateriale for svovelkatoder. Som vist i figur 5(e~g), under den termiske blandingsprosessen med S, blir overflaten av TiB2 delvis svovel. Litiumpolysulfidet som produseres under reaksjonen blir effektivt adsorbert gjennom van der Waals-krefter og Lewis-syre-base-interaksjoner, og effekten av denne mekanismen er mer signifikant på (001) overflaten. Den oppnådde svovelkatoden oppnådde en stabil syklus på 500 sykluser ved 1C-hastighet, og samtidig beholdt den spesifikke kapasiteten fortsatt 3,3 mAh∙cm-2 etter 100 sykluser ved en svovelbelastning på 3,9 mg∙cm{{19 }}. viste god elektrokjemisk ytelse (figur 5(h, i)). Basert på resultatene av XPS-analyse og teoretiske beregninger, bør den utmerkede litiumpolysulfid-adsorpsjonseffekten til TiB2 tilskrives overflatens "passiveringsmekanisme". I tillegg sammenlignet Lus forskningsgruppe [66] adsorpsjonseffektene av TiB2, TiC og TiO2 på litiumpolysulfid og utforsket konkurransemekanismen mellom den tilsvarende kjemiske adsorpsjonen og solvatiseringsdesorpsjonen. Resultatene viser at bor med lavere elektronegativitet gjør at TiB2 har sterkere adsorpsjonskapasitet, og kombinert med eterelektrolytt med svak solvatiseringskapasitet kan det effektivt forbedre svovelutnyttelsen og forbedre reversibiliteten av elektrokjemiske reaksjoner. I lys av dette har TiB2 også blitt brukt til å konstruere multifunksjonelle separatorer [67], som effektivt adsorberer, forankrer og gjenbruker aktive materialer, noe som forbedrer batterisyklusstabiliteten betydelig. Kapasiteten kan opprettholde 85 % av startverdien etter 300 sykluser ved 0,5C.
I likhet med TiB2 har MoB god ledningsevne, og dens iboende todimensjonale struktur bidrar til å eksponere adsorpsjonsstedene fullstendig, og forventes å bli en god svovelkatodekatalysator [68]. Manthiram-forskningsgruppen ved University of Texas i Austin [69] brukte Sn som et reduksjonsmiddel og syntetiserte MoB-nanopartikler gjennom en fastfasemetode, som viste gode adsorpsjons- og katalytiske evner for litiumpolysulfid. MoB har en høy elektronisk ledningsevne (1,7×105 S∙m-1), som kan gi en rask tilførsel av elektroner for svovelreaksjoner; samtidig bidrar de hydrofile overflateegenskapene til MoB til elektrolyttfukting og hjelper til med rask transport av litiumioner. Dette sikrer utnyttelse av aktive materialer under magre elektrolyttforhold; i tillegg kan MoB i nanostørrelse fullstendig eksponere de katalytiske aktive stedene indusert av elektronmangelfulle boratomer, slik at materialet kan ha både utmerket iboende og tilsynelatende katalytisk aktivitet. Basert på disse fordelene, selv om MoB tilsettes i en liten mengde, kan det forbedre den elektrokjemiske ytelsen betydelig og vise betydelig praktisk. Det resulterende batteriet har en kapasitetsdempning på bare 0,03 % per syklus etter 1,{13}} sykluser med 1C-hastighet. Og med en svovelbelastning på 3,5 mg∙cm-2 og et elektrolytt/svovelforhold (E/S) på 4,5 mL∙g-1, ble det oppnådd utmerket batterisyklusytelse for myk pakke. I tillegg brukte Nazar-forskningsgruppen [70] lett MgB2 som det elektrokjemiske konverteringsmediet for litiumpolysulfid. Det ble funnet at både B og Mg kan tjene som adsorpsjonssteder for polysulfidanioner, styrke elektronoverføring og oppnå bedre syklusstabilitet ved høy svovelbelastning (9,3 mg∙cm-2).
Disse arbeidene illustrerer fullt ut effektiviteten og overlegenheten til metallborider for å forbedre svovelelektrokjemiske reaksjoner. Men sammenlignet med systemer som metalloksider og sulfider er det fortsatt relativt få forskningsrapporter om metallborider i litium-svovelbatterier, og forskning på materialer og relaterte mekanismer må også utvides og utdypes. I tillegg har krystallinske metallborider vanligvis høy strukturell styrke, og forberedelsesprosessen krever kryssing av høye energibarrierer og involverer høy temperatur, høyt trykk og andre tøffe forhold, noe som begrenser deres forskning og anvendelse. Derfor er utviklingen av enkle, milde og effektive metallboridsyntesemetoder også en viktig retning innen metallboridforskning.
2.4 Ikke-metalliske borider
Sammenlignet med metallborider er ikke-metallborider vanligvis mindre tette og lettere, noe som er gunstig for utviklingen av batterier med høy energitetthet; deres lavere ledningsevne skaper imidlertid motstand mot effektiviteten og kinetikken til elektrokjemiske svovelreaksjoner. For tiden har forskere gjort visse fremskritt med å konstruere svovelfikserende materialer for litium-svovelbatterier basert på ikke-metallborider, inkludert bornitrid, borkarbid, borfosfid og borsulfid [71, 72, 73].
Bornitrid (BN) og borkarbid (BC) er de to mest representative og mye studerte ikke-metallboridene. BN er sammensatt av nitrogenatomer og boratomer vekselvis forbundet, og inkluderer hovedsakelig fire krystallformer: sekskantet, trigonalt, kubisk og leuritt [74]. Blant dem utviser sekskantet bornitrid (h-BN) egenskaper som stort båndgap, høy termisk ledningsevne og god termisk og kjemisk stabilitet på grunn av sin grafittlignende todimensjonale struktur og lokaliserte elektroniske polarisasjonsegenskaper [75,76]. BN-strukturen har åpenbare polare egenskaper og har sterk kjemisk adsorpsjonskapasitet for litiumpolysulfid. Samtidig kan overflatens kjemiske egenskaper kontrolleres gjennom elementdoping og topologisk defektkonstruksjon for å sikre stabiliteten til polysulfidmolekylstrukturen samtidig som adsorpsjonsstyrken forbedres [77]. Basert på denne ideen, Yi et al. [78] rapporterte et nitrogenfattig fålags bornitrid (v-BN) som vertsmateriale for svovelkatoder (Figur 6(a)). Studier har funnet at de elektropositive ledighetene i v-BN ikke bare hjelper til med å fikse og transformere polysulfider, men også akselerere diffusjon og migrering av litiumioner. Sammenlignet med original BN har den v-BN-baserte katoden en høyere startkapasitet ved 0.1C (1262 vs 775 mAh∙g-1), og kapasitetsreduksjonshastigheten etter 5{{24} }0 sykluser ved 1C er bare 0,084 % per syklus. Viser god sykkelstabilitet. I tillegg har He et al. [79] fant at O-doping ytterligere kan forbedre den kjemiske polariteten til BN-overflaten, indusere materialet til å danne et større spesifikt overflateareal, og samtidig forbedre de iboende og tilsynelatende adsorpsjonsegenskapene.
Fig. 6 (a) TEM-bilde og skjematisk atomstruktur av v-BN[78]; (b) Skjema av g-C3N4/BN/grafen kompositt ion-sil og (c) den tilsvarende Li-S celle syklus ytelse[80]; (d) Skjematisk og optisk bilde av BN/Celgard/karbon trelagsseparator, og (e) den tilsvarende cellesyklusytelsen[83]; (f) Skjema og (g) SEM-bilde av B4C@CNF og modellen av B4C nanotråd, (h) Li2S4-adsorpsjonsenergier på forskjellige fasetter av B4C[87]
Selv om BN-materiale har gode kjemiske adsorpsjonsegenskaper, bidrar dets egen dårlige ledningsevne ikke til reaktiv ladningsoverføring. Derfor er utformingen av komposittstrukturer med ledende materialer en viktig måte å forbedre deres omfattende adsorpsjon og katalytiske ytelse ytterligere. I lys av dette har Deng et al. [80] designet en sammensatt ionsikt basert på grafittlignende karbonnitrid (g-C3N4), BN og grafen som et multifunksjonelt mellomlag for litium-svovelbatterier (Figur 6(b)). Blant dem kan de ordnede ionekanalene i 0.3 nm-størrelse i g-C3N4-strukturen effektivt blokkere polysulfider og tillate litiumioner å passere gjennom. BN fungerer som en reaksjonskatalysator for å fremme omdannelsen av polysulfider, og grafen fungerer som en innebygd strømkollektor for å gi utmerket ledningsevne over lang rekkevidde. . Takket være den synergistiske effekten av disse tre todimensjonale komponentene, kan det resulterende batteriet stabilt syklus i mer enn 500 sykluser ved en høy svovelbelastning på 6 mg∙cm-2 og en hastighet på 1C (Figur 6(c)). I tillegg har forskere forsøkt å påføre et tynt lag av BN nanosheet/grafen-komposittfilm på overflaten av katoden som et beskyttende lag i en enklere og mer direkte form [81,82]. Det hemmer effektivt oppløsningen og diffusjonen av litiumpolysulfid og forbedrer den spesifikke kapasiteten og syklusstabiliteten til svovelkatoden betydelig. I løpet av 1000 sykluser ved 3C er kapasitetsdempningshastigheten bare 0,0037 % per syklus. Interessant nok tok forskergruppen Ungyu Paik ved Hanyang University [83] en annen kombinasjon av ideer for å konstruere en multifunksjonell separator med en BN/Celgard/karbon-sandwichstruktur. Som vist i figur 6(d), er det karbonholdige laget og BN-laget henholdsvis belagt på de positive og negative elektrodesidene av den vanlige separatoren. Blant dem kan karbonlaget og BN-laget i fellesskap blokkere skyttelen av litiumpolysulfid og begrense dens diffusjon til overflaten av den negative elektroden. Samtidig begrenser BN-laget på den negative elektrodesiden også veksten av litiumdendritter. Takket være denne samarbeidende beskyttelsesmekanismen har batteriet en høy kapasitetsretensjonsrate (76,6 %) og spesifikk kapasitet (780,7 mAh∙g-1) etter 250 sykluser ved 0,5C. Betydelig bedre enn vanlige separatorer og rene karbonmodifiserte separatorer (Figur 6(e)).
Sammenlignet med N har C en lavere elektronegativitet, så elektronegativitetsforskjellen mellom B og C er liten, noe som resulterer i en svakere kjemisk polaritet av BC-strukturen sammenlignet med NC. Men samtidig forsterkes elektrondelokaliseringen i BC-strukturen og konduktiviteten er bedre [84,85]. Derfor viser BC generelt relativt komplementære fysiske og kjemiske egenskaper til BN. Den har lav tetthet, relativt god ledningsevne og gode katalytiske egenskaper, og har lovende bruksmuligheter innen energifeltet [86]. Luo et al. [87] dyrket borkarbid nanotråder (B4C@CNF) in situ på karbonfibre som katodevertsmateriale (Figur 6(f~h)). Blant dem adsorberer og begrenser B4C effektivt polysulfider gjennom BS-binding. Samtidig hjelper dets ledende karbonfibernettverk det adsorberte svovelet til å omdannes raskt og forbedrer reaksjonskinetikken. Den oppnådde svovelkatoden har en kapasitetsretensjon på 80% etter 500 sykluser, og kan oppnå stabil syklus under høyt svovelinnhold (massefraksjon 70%) og lastekapasitet (10,3 mg∙cm{ {16}}). Song et al. [88] konstruerte en superbegrenset svovelvertsstruktur rundt B4C. Strukturen bruker aktivert porøst bomullsstoffkarbon som den fleksible matrisen, B4C nanofibre som det aktive skjelettet, og redusert grafenoksid for ytterligere belegg. Kombinerer effektivt fysisk og kjemisk innesperring, lindrer tap av aktive stoffer og oppnår utmerket syklusstabilitet. I lys av de gode adsorpsjons- og katalytiske egenskapene til B4C, fordelte Zhaos forskningsgruppe [89] jevnt fordelt B4C-nanopartikler i karbonfiberduk gjennom en in-situ katalytisk-assistert vekstmetode for effektivt å spre og eksponere aktive steder. Den oppnådde svovelkatoden har en startkapasitet på opptil 1415 mAh∙g-1 (0,1C) ved en belastning på 3,0 mg∙cm-2 og en ultralang levetid på 3000 sykluser ved 1C, som viser gode søknadsmuligheter.
Det kan sees fra ovenstående at ikke-metallborid har en god adsorpsjon og katalytisk effekt på litiumpolysulfid, men dens ledningsevne er relativt lav, og en ledende bærer er fortsatt nødvendig for å hjelpe den elektrokjemiske svovelreaksjonen. Blant dem gjør forskjellen i den elektroniske strukturen til tilstøtende N- og C-atomer at BN- og BC-materialer har sine egne fordeler og ulemper når det gjelder ledningsevne og interaksjon med litiumpolysulfid. I lys av dette, kombinert med borsulfid, borfosfid, boroksyd, etc., kan denne typen ikke-metallborid brukes som en god bærer og plattform for å studere struktur-aktivitetsforholdet mellom lokal kjemisk polar struktur og adsorpsjonskatalytisk evnen. Det forventes at ytterligere systematisk korrelasjon og analyse vil bidra til å forstå de relevante mikroskopiske reaksjonsprosessene, regulere den fine strukturen til materialer og forbedre den elektrokjemiske ytelsen til batterier. I tillegg må den videre bruken og utviklingen av ikke-metallborider i litium-svovelbatterier fortsatt stole på forbedring og optimalisering av forberedelsen. Utvikle enkle og milde forberedelsesteknologier, mens du utvikler materialstrukturer med høyere egenledningsevne og utformer mer effektive komposittmaterialer for å balansere og ta hensyn til konduktivitet, adsorpsjon og katalytiske effekter.
3 Konklusjon
Oppsummert har litium-svovelbatterier høy teoretisk energitetthet på grunn av deres multi-elektronoverføringsreaksjoner. Imidlertid hindrer deres omdannelsesreaksjonsmekanisme og den iboende svake ledningsevnen til de aktive materialene realiseringen av fordelene. Borbaserte materialer har unike fysiske og kjemiske egenskaper og elektrokjemiske egenskaper. Deres målrettede design og rasjonelle anvendelse er effektive måter å lindre skytteleffekten til litium-svovelbatterier og forbedre reaksjonskinetikk og reversibilitet. De har utviklet seg raskt de siste årene. Imidlertid er forskningen og anvendelsen av borbaserte materialer i litium-svovelbatterier fortsatt i sin spede begynnelse, og materialstrukturdesignen og dens virkningsmekanisme på batteriets elektrokjemiske reaksjonsprosess må videreutvikles og utforskes. Ved å kombinere materialegenskapene og forskningsfremgangen ovenfor, mener forfatteren at den fremtidige utviklingen av borbaserte materialer i litium-svovelbatterier bør ta mer hensyn til følgende retninger:
1) Materialsyntese. Syntetisk preparat er et vanlig problem for de ovennevnte borbaserte materialene. Det er et presserende behov for å utvikle enklere, mildere og mer effektive materialforberedelsesmetoder for å gi et materiell grunnlag for mekanismeforskning og anvendelsesfremme. Blant dem er fremstilling av amorfe metallborider ved hjelp av væskefasereduksjonsmetode en lovende utviklingsretning. Samtidig kan det å trekke på sine fordeler og erfaring, utforske og utvikle syntetiske ruter basert på solvotermiske eller smeltede saltmetoder også gi nye ideer for fremstilling av borbaserte materialer. I tillegg, under forberedelsesprosessen av borid, må spesiell oppmerksomhet rettes mot kontrollen og utformingen av nanostrukturen og dens stabilitet for å møte behovene til grensesnittreaksjonsegenskapene til litium-svovelbatterier.
2) Mekanismeutforskning. Borbaserte materialer har unike og rike overflatekjemiske egenskaper. In situ karakteriseringsmetoder bør brukes for å studere vert-gjest-interaksjonene mellom borbaserte materialer og polysulfider. Spesiell oppmerksomhet bør rettes mot irreversibel sulfatering på overflaten, selvelektrokjemisk oksidasjon og reduksjon, etc., for å avsløre de avgjørende strukturelle faktorene for dens adsorpsjon og katalytiske evner, og for å gi teoretisk veiledning og grunnlag for målrettet design og utvikling av materialer. I tillegg, for de representative amorfe metallboridene, er det nødvendig å være spesielt oppmerksom på forskjellene i mikrostruktur og relaterte fysiske og kjemiske egenskaper mellom amorfe og krystallinske borider, og samarbeide med utviklingen av tilsvarende teknologier for strukturanalyse og egenskapskarakteriseringsanalyse. Unngå å utlede interaksjonen mellom amorfe materialer, litiumpolysulfid og dets reaksjonsprosess utelukkende basert på den krystallinske strukturen.
3) Ytelsesevaluering. For å optimere materialet og batterievalueringssystemet, og samtidig øke svoveloverflatebelastningen, bør mer oppmerksomhet rettes mot å regulere nøkkelparametere som tykkelsen og porøsiteten til elektroden for samtidig å forbedre kvaliteten og volumetriske energitettheten til elektroden. I tillegg de elektrokjemiske egenskapene under forhold med lav elektrolyttdosering (E/S<5 mL∙g-1S) and low negative/positive electrode capacity ratio (N/P<2) were further investigated. At the same time, we explore the amplification effect and related scientific and engineering issues from laboratory button cells to actual production of cylindrical or flexible packaging batteries, and make a reasonable and comprehensive assessment of the performance competitiveness of the battery level. Provide guidance and reference for the commercial development of lithium-sulfur batteries.
Oppsummert fokuserer denne artikkelen på borbaserte materialer og gjennomgår den siste forskningsfremgangen for borofen, boratom-dopet karbon, metallborider og ikke-metallborider i litium-svovelbatterisystemer. Jeg håper det kan gi referanse og inspirasjon til kolleger, utvide utviklingen og anvendelsen av borbaserte materialer innen ny energi, og fremme den praktiske utviklingen av litium-svovelbatterier.
Referanser
[1] DUNN B, KAMATH H, TARASCON J M. Lagring av elektrisk energi for nettet: et batteri av valg. Science, 2011,334(6058):928-935.
[2] ARICO AS, BRUCE P, SCROSATI B, et al. Nanostrukturerte materialer for avanserte energikonverterings- og lagringsenheter. Nature Materials, 2005,4(5):366-377.
[3] LIANG YR, ZHAO CZ, YUAN H, et al. En gjennomgang av oppladbare batterier for bærbare elektroniske enheter. InfoMat, 2019,1(1):6-32.
[4] GOODENOUGH JB, PARK K S. Det oppladbare Li-ion-batteriet: et perspektiv. Journal of the American Chemical Society, 2013,135(4):1167-1176.
[5] TARASCON JM, ARMAND M. Problemer og utfordringer som oppladbare litiumbatterier står overfor. Nature, 2011,414:171-179.
[6] JIN GY, HE HC, WU J, et al. Koboltdopet hulkarbonrammeverk som svovelvert for katoden til litiumsvovelbatteri. Journal of Inorganic Materials, 2021,36(2):203-209.
[7] FANG R, ZHAO SY, SUN ZH, et al. Mer pålitelige litium-svovelbatterier: tatus, løsninger og prospekter. Advanced Materials, 2017,29(48):1606823.
[8] HU JJ, LI GR, GAO X P. Nåværende status, problemer og utfordringer i litium-svovel-batterier. Journal of Inorganic Materials, 2013,28(11):1181-1186.
[9] LI GR, WANG S, ZHANG YN, et al. Å se på rollen til polysulfider i litium-svovelbatterier. Advanced Materials, 2018,30(22):1705590.
[10] PENG HJ, HUANG JQ, ZHANG Q. En gjennomgang av fleksible litium-svovel og analoge alkalimetall-kalkogen oppladbare batterier. Chemical Society Reviews, 2017,46(17):5237-5288.
[11] JANA M, XU R, CHENG XB, et al. Rasjonell design av todimensjonale nanomaterialer for litium-svovelbatterier. Energy & Environmental Science, 2020,13(4):1049-1075.
[12] HE JR, MANTHIRAM A. En gjennomgang av statusen og utfordringene til elektrokatalysatorer i litium-svovelbatterier. Energilagringsmaterialer, 2019,20:55-70.
[13] SEH ZW, SUN YM, ZHANG QF, et al. Utforming av høyenergiske litium-svovelbatterier. Chemical Society Reviews, 2016,45(20):5605-5634.
[14] JI XL, EVERS S, BLACK R, et al. Stabilisering av litium-svovelkatoder ved bruk av polysulfidreservoarer. Nature Communications, 2011,2:325.
[15] ZHANG Z, KONG LL, LIU S, et al. En høyeffektiv svovel/karbon-kompositt basert på 3D grafen nanosheet@carbon nanorørmatrise som katode for litium-svovelbatteri. Advanced Energy Materials, 2017,7(11):1602543.
[16] XU WC, PAN XX, MENG X, et al. Et ledende svovel-vertsmateriale som involverer ultrafine vanadiumnitrid-nanopartikler for høyytelses litium-svovelbatteri. Electrochemica Acta, 2020,331:135287.
[17] LIU YT, LIU S, LI GR, et al. Svovelkatode med høy volumetrisk energitetthet med tung og katalytisk metalloksidvert for litium-svovelbatteri. Advanced Science, 2020,7(12):1903693.
[18] CHEN HH, XIAO YW, CHEN C, et al. Konduktiv MOF-modifisert separator for å dempe skytteleffekten til litium-svovelbatterier gjennom en filtreringsmetode. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019,11(12):11459-11465.
[19] YOO J, CHO SJ, JUNG GY, et al. COF-net på CNT-net som en molekylært utformet, hierarkisk porøs kjemisk felle for polysulfider i litium-svovelbatterier. Nano Letters, 2016,16(5):3292-3300.
[20] HU Y, LIU C. Introduksjon av 1,2-migrering for organoborforbindelser. University Chemistry, 2019,34(12):39-44.
[21] SOREN KM, SUNING W. Bor-baserte stimuli responsive materialer. Chemical Society Reviews, 2019,48(13):3537-3549.
[22] HUANG ZG, WANG SN, DEWHURST RD, et al. Bor: dens rolle i energirelaterte prosesser og applikasjoner. Angewandte Chemie International Edition, 2020,59(23):8800-8816.
[23] ZHU YH, GAO SM, HOSMANE N S. Boranriket avanserte energimaterialer. Inorganica Chimica Acta, 2017,471:577-586.
[24]KHAN K, TAREEN AK, ASLAM M, et al. Syntese, egenskaper og nye elektrokatalytiske anvendelser av 2D-borofen-xenene. Progress in Solid State Chemistry, 2020,59:100283.
[25] RAO DW, LIU XJ, YANG H, et al. Grenseflatekonkurranse mellom en borofenbasert katode og elektrolytt for immobilisering av flere sulfider av et litiumsvovelbatteri. Journal of Materials Chemistry A, 2019,7(12):7092-7098.
[26] JIANG HR, SHYY W, LIU M, et al. Borofen og defekt borofen som potensielle forankringsmaterialer for litium-svovelbatterier: en første prinsippstudie. Journal of Materials Chemistry A, 2018,6(5):2107-2114.
[27] ZHANG CY, HE Q, CHU W, et al. Overgangsmetaller dopet borofen-grafen heterostruktur for robust polysulfid forankring: en første prinsippstudie. Applied Surface Science, 2020,534:147575.
[28] ZHANG L, LIANG P, SHU HB, et al. Borofen som effektive svovelverter for litium-svovelbatterier: undertrykker skytteleffekten og forbedrer ledningsevnen. Journal of Physical Chemistry C, 2017,121(29):15549-15555.
[29] GRIXTI S, MUKHERJEE S, SINGH C V. Todimensjonalt bor som et imponerende litium-svovel batteri katodemateriale. Energilagringsmaterialer, 2018,13:80-87.
[30] MANNIX AJ, ZHOU XF, KIRALY B, et al. Syntese av borofener: anisotrope, todimensjonale borpolymorfer. Science, 2015,350(6267):1513-1516.
[31] FENG BJ, ZHANG J, ZHONG Q, et al. Eksperimentell realisering av todimensjonale borplater. Nature Chemistry, 2016,8(6):564-569.
[32] PARAKNOWITSCH JP, THOMAS A. Doping av karbon utover nitrogen: en oversikt over avanserte heteroatomdopede karboner med bor, svovel og fosfor for energiapplikasjoner. Energy & Environmental Science, 2013,6(10):2839-2855.
[33] WANG HB, MAIYALAGAN T, WANG X. Gjennomgang av nylige fremskritt innen nitrogen-dopet grafen: syntese, karakterisering og potensielle anvendelser. ACS Catalysis, 2012,2(5):781-794.
[34] XIE Y, MENG Z, CAI TW, et al. Effekt av boron-doping på grafen-aerogelen brukt som katode for litiumsvovelbatteriet. ACS Applied Materials & Interfaces, 2015,7(45):25202-25210.
[35] SHI PC, WANG Y, LIANG X, et al. Samtidig eksfolierte bor-dopet grafenark for å kapsle inn svovel for bruk i litium-svovel-batterier. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2018,6(8):9661-9670.
[36] YANG LJ, JIANG SJ, ZHAO Y, et al. Bor-dopet karbon nanorør som metallfrie elektrokatalysatorer for oksygenreduksjonsreaksjonen. Angewandte Chemie International Edition, 2011,50(31):7132-7135.
[37] AI W, LI JW, DU ZZ, et al. Dobbel inneslutning av polysulfider i bordopet porøs karbonkule/grafenhybrid for avanserte Li-S-batterier. Nano Research, 2018,11(9):4562-4573.
[38] YANG CP, YIN YX, YE H, et al. Innsikt i effekten av bordoping på svovel/karbonkatode i litium-svovelbatterier. ACS Applied Materials & Interfaces, 2014,6(11):8789-8795.
[39] XU CX, ZHOU HH, FU CP, et al. Hydrotermisk syntese av bor-dopet uglidede karbon-nanorør/svovelkompositt for høyytelses litium-svovel-batterier. Electrochemica Acta, 2017,232:156-163.
[40] HAN P, MANTHIRAM A. Bor- og nitrogen-dopet reduserte grafenoksidbelagte separatorer for høyytelses Li-S-batterier. Journal of Power Sources, 2017,369:87-94.
[41] HOU TZ, CHEN X, PENG HJ, et al. Designprinsipper for heteroatom-dopet nanokarbon for å oppnå sterk forankring av polysulfider for litium-svovel-batterier. Small, 2016,12(24):3283-3291.
[42] XIONG DG, ZHANG Z, HUANG XY, et al. Forsterkning av polysulfid inneslutningen i B/N-kodopet hierarkisk porøse karbon nanoark via Lewis syre-base interaksjon for stabile Li-S batterier. Journal of Energy Chemistry, 2020,51:90-100.
[43] YUAN SY, BAO JL, WANG LN, et al. Grafenstøttet nitrogen- og borrikt karbonlag for forbedret ytelse til litium-svovelbatterier på grunn av forbedret kjemisorpsjon av litiumpolysulfider. Advanced Energy Materials, 2016,6(5):1501733.
[44] CHEN L, FENG JR, ZHOU HH, et al. Hydrotermisk fremstilling av nitrogen, bor co-dopet buede grafen nanobånd med høye mengder doping for høyytelses litium svovel batteri katoder. Journal of Materials Chemistry A, 2017,5(16):7403-7415.
[45] JIN CB, ZHANG WK, ZHUANG ZZ, et al. Forbedret sulfidkjemisorpsjon ved å bruke bor og oksygen dobbeltdopet flervegget karbon-nanorør for avanserte litium-svovelbatterier. Journal of Materials Chemistry A, 2017,5(2):632-640.
[46] ULLAH S, DENIS PA, SATO F. Uvanlig forbedring av adsorpsjonsenergiene til natrium og kalium i svovel-nitrogen og silisium-bor-kodopet grafen. ACS Omega, 2018,3(11):15821-15828.
[47] ZHANG Z, XIONG DG, SHAO AH, et al. Integrering av metallisk kobolt og N/B-heteroatomer i porøse karbon-nanoark som effektiv svovel-immobilisator for litium-svovel-batterier. Carbon, 2020,167:918-929.
[48] WANG P, KUMAR R, SANKARAN EM, et al. Vanadiumdiborid (VB2) syntetisert ved høyt trykk: elastiske, mekaniske, elektroniske og magnetiske egenskaper og termisk stabilitet. Inorganic Chemistry, 2018,57(3):1096-1105.
[49] HE GJ, LING M, HAN XY, et al. Selvstående elektroder med kjerne-skallstrukturer for høyytelses superkondensatorer. Energilagringsmaterialer, 2017,9:119-125.
[50] WANG CC, AKBAR SA, CHEN W, et al. Elektriske egenskaper til høytemperaturoksider, borider, karbider og nitrider. Journal of Materials Science, 1995,30(7):1627-1641.
[51] XIAO ZB, YANG Z, ZHANG LJ, et al. Sandwich-type NbS2@S@I-dopet grafen for høysvovelbelastede, ultrahøyhastighets og langtidsholdbare litiumsvovelbatterier. ACS Nano, 2017,11(8):8488-8498.
[52] WANG LJ, LIU FH, ZHAO BY, et al. Karbon nanobowls fylt med MoS2 nanosheets som elektrodematerialer for superkondensatorer. ACS Applied Nano Materials, 2020,3(7):6448-6459.
[53] BALACH J, LINNEMANN J, JAUMANN T, et al. Metallbaserte nanostrukturerte materialer for avanserte litium-svovelbatterier. Journal of Materials Chemistry A, 2018,6(46):23127-23168.
[54] BEN-DOR L, SHIMONY Y. Krystallstruktur, magnetisk susceptibilitet og elektrisk ledningsevne av ren og NiO-dopet MoO2 og WO2. Materials Research Bulletin, 1974,9(6):837-44.
[55] SAMSONOV G. 难熔化合物手册. 北京:中国工业出版社, 1965: 1-147.
[56] FENG LS, QUN CX, LIN MY, et al. Nb-baserte oksider som anodematerialer for litiumionbatterier. Progress in Chemistry, 2015,27(2/3):297-309.
[57] TAO Q, MA SL, CUI T, et al. Strukturer og egenskaper til funksjonelle overgangsmetallborider. Acta Physica Sinica, 2017,66(3):036103.
[58] SHEN YF, XU C, HUANG M, et al. Forskningsfremskritt av borklynger, boran og metalldopede borforbindelser. Progress in Chemistry, 2016,28(11):1601-1614.
[59] GUPTA S, PATEL MK, MIOTELLO A, et al. Metallboridbaserte katalysatorer for elektrokjemisk vannspalting: en gjennomgang. Advanced Functional Materials, 2020,30(1):1906481.
[60] WU F, WU C. Nye sekundære batterier og deres nøkkelmaterialer basert på konseptet multi-elektronreaksjon. Chinese Science Bulletin, 2014,59(27):3369-3376.
[61] GUAN B, FAN LS, WU X, et al. Den enkle syntesen og forbedrede litium-svovelbatteriytelsen til en amorf koboltborid (Co2B)@grafenkomposittkatode. Journal of Materials Chemistry A, 2018,6(47):24045-24049.
[62] GUAN B, ZHANG Y, FAN LS, et al. Blokkering av polysulfid med Co2B@CNT via "synergetisk adsorptiv effekt" mot ultrahøy kapasitet og robust litium-svovelbatteri. ACS Nano, 2019,13(6):6742-6750.
[63] GUAN B, SUN X, ZHANG Y, et al. Oppdagelsen av grensesnitt elektronisk interaksjon innen koboltboride@MXene for høyytelses litium-svovelbatterier. Chinese Chemical Letters, 2020,32(7):2249-2253.
[64] BASU B, RAJU GSURI A. Bearbeiding og egenskaper av monolittiske TiB2-baserte materialer. International Materials Reviews, 2006,51(6):352-374.
[65] LI CC, LIU XB, ZHU L, et al. Ledende og polart titanborid som svovelvert for avanserte litium-svovelbatterier. Chemistry of Materials, 2018,30(20):6969-6977.
[66] LI ZJ, JIANG HR, LAI NC, et al. Utforming av effektiv løsningsmiddel-katalysator-grensesnitt for katalytisk svovelkonvertering i litium-svovelbatterier. mistry of Materials, 2019,31(24):10186-10196.
[67] JIN LM, NI J, SHEN C, et al. Metallisk ledende TiB2 som en multifunksjonell separatormodifikator for forbedrede litiumsvovelbatterier. Journal of Power Sources, 2020,448:227336.
[68] WU R, XU HK, ZHAO YW, et al. Borofenlignende bor-underenheter-innsatt molybdenramme av MoB2 muliggjør stabile og hurtigvirkende Li2S6-baserte litium-svovelbatterier. Energilagringsmaterialer, 2020,32:216-224.
[69] HE JR, BHARGAV A, MANTHIRAM A. Molybdenborid som en effektiv katalysator for polysulfidredoks for å muliggjøre litium-svovelbatterier med høy energitetthet. Advanced Materials, 2020,32(40):2004741.
[70] PANG Q, KWOK CY, KUNDU D, et al. Lett metallisk MgB2 formidler polysulfidredoks og lover litium-svovelbatterier med høy energitetthet. Joule, 2019,3(1):136-148.
[71] YU TT, GAO PF, ZHANG Y, et al. Borfosfid-monolag som et potensielt forankringsmateriale for litium-svovelbatterier: en første prinsippstudie. Applied Surface Science, 2019,486:281-286.
[72] JANA S, THOMAS S, LEE CH, et al. B3S monolag: prediksjon av et høyytelses anodemateriale for litiumionbatterier. Journal of Materials Chemistry A, 2019,7(20):12706-12712.
[73] SUN C, HAI CX, ZHOU Y, et al. Svært katalytisk bornitrid nanofiber in situ dyrket på forbehandlet ketjensvart som en katode for forbedret ytelse av litium-svovelbatterier. ACS Applied Energy Materials, 2020,3(11):10841-10853.
[74] ARENAL R, LOPEZ BEZANILLA A. Bornitridmaterialer: en oversikt fra 0D til 3D (nano)strukturer. Wiley Interdisciplinary Reviews-Computational Molecular Science, 2015,5(4):299-309.
[75] JIANG XF, WENG QH, WANG XB, et al. Nylig fremgang på fabrikasjoner og anvendelser av bornitrid-nanomaterialer: en gjennomgang. Journal of Materials Science and Technology, 2015,31(6):589-598.
[76] PRAKASH A, NEHATE SD, SUNDARAM K B. Borkarbonnitridbaserte metall-isolator-metall UV-detektorer for tøffe miljøapplikasjoner. Optics Letters, 2016,41(18):4249-4252.
[77] ZHAO YM, YANG L, ZHAO JX, et al. Hvordan gjøre inerte bornitrid nanoark aktive for immobilisering av polysulfider for litium-svovelbatterier: en beregningsstudie. Physical Chemistry Chemical Physics, 2017,19(28):18208-18216.
[78] YI YK, LI HP, CHANG HH, et al. Få-lags bornitrid med konstruerte nitrogen ledige stillinger for å fremme konvertering av polysulfid som en katodematrise for litium-svovelbatterier. Chemistry, 2019,25(34):8112-8117.
[79] HE B, LI WC, ZHANG Y, et al. Paragenesis BN/CNTs hybrid som en monoklin svovelvert for høyhastighets og ultralang levetid litium-svovelbatteri. Journal of Materials Chemistry A, 2018,6(47):24194-24200.
[80] DENG DR, BAI CD, XUE F, et al. Multifunksjonell ion-sil sonstrukturert av 2D-materialer som et mellomlag for Li-S-batterier. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019,11(12):11474-11480.
[81] SUN K, GUO PQ, SHANG XN, et al. Mesoporøs borkarbonnitrid/grafenmodifiserte separatorer som effektiv polysulfidbarriere for svært stabile litium-svovelbatterier. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2019,842:34-40.
[82] FAN Y, YANG Z, HUA WX, et al. Funksjonaliserte bornitrid-nanoark/grafen-mellomlag for raske og langvarige litium-svovel-batterier. Advanced Energy Materials, 2017,7(13):1602380.
[83] KIM PJH, SEO J, FU K, et al. Synergistisk beskyttende effekt av en BN-karbonseparator for svært stabile litiumsvovelbatterier. NPG Asia Materials, 2017,9(4):e375.
[84] PRAMANICK A, DEY PP, DAS P K. Mikrostruktur-, fase- og elektrisk konduktivitetsanalyser av gnistplasmasintret borkarbid maskinert med WEDM. Ceramics International, 2020,46(3):2887-2894.
[85] YEGANEH M, SARAF HH, KAFI F, et al. Første prinsippundersøkelse av vibrasjons-, elektroniske og optiske egenskaper til grafenlignende borkarbid. Solid State Communications, 2020,305:113750.
[86] CHANG YK, SUN XH, MA MD, et al. Anvendelse av harde keramiske materialer B4C i energilagring: design B4C@C kjerne-skall nanopartikler som elektroder for fleksible helt-faststoff-mikro-superkondensatorer med ultrahøy syklusbarhet. Nano Energy, 2020,75:104947.
[87] LUO L, CHUNG SH, ASL HY, et al. Litium-svovelbatterier med lang levetid med et bifunksjonelt katodesubstrat konfigurert med nanotråder av borkarbid. Advanced Materials, 2018,30(39):1804149.
[88] SANG NN, GAO Z, ZHANG YY, et al. B4C nanoskjelettaktiverte, fleksible litium-svovelbatterier. Nano Energy, 2019,58:30-39.
[89] ZHANG RH, CHI C, WU MC, et al. Et Li-S-batteri med lang levetid aktivert av en katode laget av godt fordelte B4C-nanopartikler dekorerte aktiverte bomullsfibre. Journal of Power Sources, 2020,451:227751.
