Nedavni napredak materijala na bazi bora u litijum-sumpornoj bateriji
Autor:LI Gaoran, LI Hongyang, ZENG Haibo
MIIT Key Laboratory of Advanced Display Materials and Devices, Institute of Nano Optoelectronic Materials, School of Material Science and Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094
Abstract
Litijum-sumporne (Li-S) baterije igraju ključnu ulogu u razvoju elektrohemijske tehnologije skladištenja energije sledeće generacije zbog svoje velike gustine energije i niske cene. Međutim, njihovu praktičnu primjenu još uvijek ometa spora kinetika i niska reverzibilnost reakcija konverzije, što doprinosi relativno niskom praktičnom kapacitetu, Kulombičkoj neefikasnosti i cikličnoj nestabilnosti. U tom smislu, racionalni dizajn provodljivih, adsorpcijskih i katalitičkih funkcionalnih materijala predstavlja kritičan put za stabilizaciju i promicanje elektrohemije sumpora. Koristeći se jedinstvenim atomskim i elektronskim strukturama bora, materijali na bazi bora pokazuju raznovrsna i prilagodljiva fizička, hemijska i elektrohemijska svojstva i dobili su opsežnu istraživačku pažnju Li-S baterija. Ovaj rad daje pregled nedavnih istraživanja materijala na bazi bora, uključujući borofen, ugljenik dopiran atomom bora, metalne boride i nemetalne boride u Li-S baterijama, zaključuje preostale probleme i predlaže perspektivu budućeg razvoja.
Ključne riječi:litijum-sumporna baterija, borid, hemijski doping, borofen, efekat šatla, recenzija
Razvoj zelene obnovljive energije, razvoj naprednih metoda konverzije i skladištenja energije, te uspostavljanje efikasnog i čistog energetskog sistema neizbježni su izbori za suočavanje s energetskom krizom i klimatskim promjenama u današnjem svijetu. Tehnologija elektrohemijskog skladištenja energije, koju predstavljaju baterije, može da konvertuje i skladišti novu čistu energiju i da je koristi u efikasnijem i pogodnijem obliku, igrajući važnu ulogu u promovisanju zelene energetske ekonomije i održivog razvoja [1,2]. Među mnogim tehnologijama baterija, litijum-jonske baterije imaju prednosti visoke gustoće energije i bez efekta memorije. Postigao je brz razvoj od svoje komercijalizacije 1991. godine, te se široko koristi u električnim vozilima, prijenosnim elektroničkim uređajima, nacionalnoj obrani i drugim poljima [3,4]. Međutim, uz kontinuirani razvoj električne opreme, tradicionalne litijum-jonske baterije nisu bile u stanju da zadovolje rastuću potražnju za energijom. U tom kontekstu, litijum-sumporne baterije su privukle široku pažnju zbog svog visokog teoretskog specifičnog kapaciteta (1675 mAh·g-1) i gustine energije (2600 Wh∙kg-1). U isto vrijeme, resursi sumpora su u izobilju, široko rasprostranjeni, jeftini i ekološki prihvatljivi, što litijum-sumporne baterije čini žarištem istraživanja na polju novih sekundarnih baterija posljednjih godina [5,6].
1 Princip rada i postojeći problemi litijum-sumpornih baterija
Litijum-sumporne baterije obično koriste elementarni sumpor kao pozitivnu elektrodu i metalni litijum kao negativnu elektrodu. Osnovna struktura baterije prikazana je na slici 1(a). Elektrohemijska reakcija je proces reakcije u više koraka konverzije koji uključuje višestruke prijenose elektrona, praćen faznim prijelazom čvrsta-tečnost i nizom litijum polisulfidnih intermedijera (slika 1(b)) [7,8]. Među njima, elementarni sumpor i kratkolančani Li2S2/Li2S koji se nalaze na oba kraja reakcionog lanca su netopivi u elektrolitu i postoje u obliku precipitacije na površini elektrode. Dugolančani litijum polisulfid (Li2Sx, 4 Manje ili jednako x Manje ili jednako 8) ima veću rastvorljivost i sposobnost migracije u elektrolitu. Na osnovu intrinzičnih svojstava elektrodnih materijala i njihovog mehanizma reakcije fazne transformacije čvrstog i tekućeg, litij-sumporne baterije imaju energetske i troškovne prednosti, ali se također suočavaju s mnogim problemima i izazovima [9,10,11,12]:
Slika 1 Šematski dijagram (a) konfiguracije litijum-sumporne baterije i (b) odgovarajućeg procesa punjenja-pražnjenja[7]
1) Čvrsti elementarni sumpor i Li2S akumuliraju se na površini elektrode, a njihova intrinzična elektronska i jonska inercija dovode do poteškoća u prijenosu naboja i spore kinetike reakcije, čime se smanjuje stopa iskorištenja aktivnih materijala i stvarni kapacitet baterije.
2) Postoji velika razlika u gustini između sumpora i Li2S na oba kraja reakcionog lanca (2,07 prema 1,66 g∙cm-3). Materijal doživljava promjenu volumena do 80% tokom procesa reakcije, a mehanička strukturna stabilnost elektrode suočava se s velikim izazovima.
3) Ponašanje rastvaranja i migracije litijum polisulfida u elektrolitu uzrokuje ozbiljan "efekat šatla", što rezultira ozbiljnim gubitkom aktivnog materijala i gubitkom Kulona. Osim toga, litijum polisulfid sudjeluje u kemijskim/elektrokemijskim sporednim reakcijama na površini anode, što ne samo da uzrokuje daljnji gubitak aktivnih materijala, već i pasivizira i korodira površinu anode, otežava stvaranje i rast litij dendrita i povećava sigurnosne rizike.
Ovi problemi su međusobno povezani i utiču jedni na druge, što uvelike povećava složenost sistema baterija, što otežava trenutnim litijum-sumpornim baterijama da zadovolje potrebe praktične primene u smislu korišćenja aktivnog materijala, stvarne gustine energije, stabilnosti ciklusa i sigurnosti. . Iz analize navedenih problema može se vidjeti da je razumna kontrola procesa elektrohemijske reakcije sumpora jedini način da se poboljšaju performanse litijum-sumpornih baterija. Kako postići efikasno upravljanje i poboljšanje elektrohemije sumpora zavisi od ciljanog dizajna, razvoja i primene naprednih funkcionalnih materijala. Među njima, najreprezentativnija strategija je razvoj funkcionalnih materijala sa provodljivim, adsorpcijskim i katalitičkim svojstvima kao domaćini sumporne katode ili modifikovani separatori. Kroz svoju fizičku i hemijsku interakciju sa litijum polisulfidom, aktivni materijal je ograničen na područje pozitivne elektrode, inhibira otapanje i difuziju, i promoviše njegovu elektrohemijsku konverziju. Time se ublažava šatl efekat i poboljšava energetska efikasnost i stabilnost ciklusa baterije [13,14]. Na osnovu ove ideje, istraživači su razvili različite tipove funkcionalnih materijala na ciljani način, uključujući ugljične materijale, provodljive polimere, metalne organske okvire, metalne okside/sulfide/nitride, itd. Postignuti su dobri rezultati [15,16,17, 18,19].
2 Primena materijala na bazi bora u litijum-sumpornim baterijama
Bor je najmanji metaloidni element. Njegov mali atomski radijus i velika elektronegativnost olakšavaju formiranje metalnih kovalentnih jedinjenja. Atomi bora imaju tipičnu strukturu sa nedostatkom elektrona, a njihova konfiguracija valentnog elektrona je 2s22p1. Oni mogu dijeliti jedan ili više elektrona s drugim atomima kroz različite oblike hibridizacije kako bi formirali višecentrične veze [20,21]. Ove karakteristike čine strukturu borida vrlo prilagodljivom, pokazujući jedinstvena i bogata hemijska i fizička svojstva, i mogu se široko koristiti u mnogim poljima kao što su laka industrija, građevinski materijali, nacionalna odbrana, energetika, itd. [22,23]. Za usporedbu, istraživanje materijala na bazi bora u litijum-sumpornim baterijama je još uvijek u povojima. Posljednjih godina, nanotehnologija i metode karakterizacije nastavljaju da napreduju, a strukturne karakteristike materijala na bazi bora se kontinuirano istražuju i razvijaju, tako da se njihova ciljana istraživanja i primjena u litijum-sumpornim sistemima također počinju pojavljivati. S obzirom na to, ovaj članak se fokusira na tipične materijale na bazi bora kao što su borofen, ugljenik dopiran atomom bora, metalni boridi i nemetalni boridi. Ovaj članak daje pregled najnovijih istraživanja litijum-sumpornih baterija, sumira postojeće probleme i raduje se budućim pravcima razvoja.
2.1 Borene
Kao vrlo reprezentativan alotrop među elementima bora, borofen ima dvodimenzionalnu strukturu s jednim atomom, sličnu grafenu. U poređenju sa velikim elementom bora, pokazuje superiorna električna, mehanička i termička svojstva i predstavlja zvijezdu u usponu u dvodimenzionalnim materijalima [24]. Na osnovu topoloških razlika u rasporedu atoma bora, borofen ima bogatu kristalnu strukturu i elektronska svojstva, kao i anizotropna provodljiva svojstva. Kao što se može vidjeti sa slike 2(a,b), elektroni u borofenu imaju tendenciju da budu koncentrisani na vrhu atoma bora, a ovi regioni polarizacije elektrona imaju veću vezu. Očekuje se da će obezbediti dobra hemijska adsorpciona mesta za polisulfide u sistemima litijum-sumpornih baterija [25]. U isto vrijeme, borofen film ima dobru električnu provodljivost i fizičku i kemijsku stabilnost, tako da ima dobar potencijal primjene u litijum-sumpornim baterijama.
Slika 2 (a) Strukturni modeli različitih borofena i njihove odgovarajuće raspodjele gustine naboja, (b) energije adsorpcije polisulfida na različitim borofenima[25]
Jiang et al. [26] je kroz teorijske proračune utvrdio da borofen pokazuje jaku sposobnost adsorpcije za litijum polisulfid. Međutim, ova snažna interakcija također može lako pokrenuti razgradnju Li-S klastera, što rezultira gubitkom sumpora, aktivnog materijala. Za usporedbu, površina borofena s intrinzičnom defektnom strukturom nježnije adsorbira litijum polisulfid [27], što mu omogućava da ograniči ponašanje šatla uz izbjegavanje raspadanja i uništavanja prstenaste strukture. Očekuje se da će postati prikladniji materijal za adsorpciju litij polisulfida. Istovremeno, rezultati analize energetskog pojasa adsorpcione strukture borofen-litijum polisulfida pokazuju da su adsorpcioni klasteri metalni, što je uglavnom zbog intrinzičnih metalnih karakteristika bora i njegove jake elektroakustičke snage spajanja. Očekuje se da će pomoći procesu elektrohemijske konverzije sumpora da dobije bolju kinetiku reakcije [28]. Osim toga, Grixti et al. [29] simulirao je proces difuzije molekula litij polisulfida na površini 12-borena. Utvrđeno je da 12-boren pokazuje jaku adsorpciju na niz litijum polisulfida. Najniže energetske barijere difuzije molekula Li2S6 i Li2S4 u smjeru fotelje su 0,99 i 0,61 eV respektivno, što je lakše od difuzije u cik-cak smjeru. Zahvaljujući svom dobrom kapacitetu adsorpcije i umjerenoj energetskoj barijeri difuzije, 12-boren se smatra odličnim litijum-polisulfidnim adsorpcionim materijalom, za koji se očekuje da potisne efekat šatla u litijum-sumpornim baterijama i poboljša reverzibilnost sumpornih elektrohemijskih reakcija.
Međutim, većina trenutnih istraživanja o razrjeđivanju bora u litijum-sumpornim baterijama još uvijek je u fazi teoretskog predviđanja, a eksperimentalne potvrde se rijetko prijavljuju. To je uglavnom zbog poteškoća u pripremi razrijeđenog bora. Postojanje bora je predviđeno 1990-ih, ali je zapravo pripremljen tek 2015. [30]. Dio razloga može biti taj što bor ima samo tri valentna elektrona i treba da formira okvirnu strukturu da nadoknadi nedostajuće elektrone, što olakšava formiranje 3D, a ne 2D strukture. Trenutno se priprema bora obično oslanja na tehnologije kao što su epitaksija molekularnim snopom i visoki vakuum, visoka temperatura i drugi uvjeti, a prag sinteze je visok [31]. Stoga je potrebno razviti jednostavniju i efikasniju metodu sinteze razrijeđenog bora, te dalje eksperimentalno istražiti i demonstrirati njegovo djelovanje i povezane mehanizme u litijum-sumpornim baterijama.
2.2 Atomi bora dopirani ugljikom
Hemijski dopirani ugljenični materijali su vrući materijali u polju novih energetskih istraživanja. Odgovarajuće dopiranje elemenata može zadržati prednosti karbonskih materijala kao što su lagana i visoka vodljivost, dok im daje dodatna fizička i kemijska svojstva za prilagođavanje različitim scenarijima primjene [32,33]. Hemijski dopirani ugljični materijali su široko proučavani u litijum-sumpornim baterijama [34,35], među kojima je češće dopiranje sa visoko elektronegativnim atomima kao što su atomi dušika. Nasuprot tome, bor ima strukturu s nedostatkom elektrona i manje je elektronegativan od ugljika. Postaje elektropozitivan nakon što se ugradi u ugljičnu rešetku. Očekuje se da će formirati dobar efekat adsorpcije na negativno nabijenim polisulfidnim anionima, čime će se ublažiti efekat šatla [36,37].
Yang et al. [38] koristili su porozni ugljik dopiran borom kao materijal domaćina sumporne katode i otkrili da dopiranje borom ne samo da poboljšava elektronsku provodljivost ugljičnog materijala, već i izaziva pozitivnu polarizaciju karbonske matrice. Negativno nabijeni polisulfidni joni se efikasno adsorbuju i učvršćuju putem elektrostatičke adsorpcije i Lewisove interakcije, čime se inhibira njihovo otapanje i difuziju (Slika 3(a,b)). Stoga, sumporna katoda na bazi poroznog ugljika dopiranog borom pokazuje veći početni kapacitet i stabilnije performanse ciklusa od uzoraka dopiranih čistim ugljikom i dušikom. Xu et al. [39] je dobio katodni materijal dopiranog atomom bora, hidrotermalnom metodom u jednoj posudi. In-situ sinteza tečne faze čini sumpor ravnomjernije raspoređenim u kompozitu, dok dopiranje borom daje materijalu domaćina na bazi ugljika veću električnu provodljivost i jaču sposobnost fiksiranja sumpora. Rezultirajuća BUCNTs/S elektroda je dobila početni kapacitet od 1251 mAh∙g-1 na 0.2C, i još uvijek je mogla održati kapacitet od 750 mAh∙g-1 nakon 400 ciklusa. Pored sumpornih katodnih domaćina, ugljični materijali dopirani borom također igraju važnu ulogu u dizajnu funkcionalnih separatora baterija. Han et al. [40] premazao je laki grafen dopiran borom na tradicionalnom separatoru kako bi konstruirao sloj funkcionalne modifikacije, koristeći njegovu adsorpciju i ponovnu upotrebu polisulfida za efikasno ublažavanje efekta šatla i poboljšanje stope iskorištenja aktivnih materijala.
Slika 3 (a) Šema B-dopiranog ugljeničnog okosa, (b) S2p XPS spektri sumpornih kompozita zasnovanih na različitim elementima dopiranog poroznog ugljenika; i (c) šema procesa punjenja-pražnjenja NBCGN/S kompozita, (d) ciklus na 0.2C i (e) performanse brzine sumpornih elektroda zasnovanih na različitim elementima dopiranim zakrivljenim grafenskim nanotrakama[44]
S obzirom na osnovna svojstva različitih doping elemenata i njihove različite načine djelovanja u strukturi ugljične rešetke, višeelementno ko-dopiranje je jedna od važnih strategija za regulaciju površinske kemije ugljičnih materijala i poboljšanje elektrokemijskih reakcija sumpora [41, 42, 43]. S tim u vezi, Kuangova istraživačka grupa [44] sintetizirala je grafenske nanoribone (NBCGN) zajedno dopirane dušikom i borom po prvi put hidrotermalnom metodom kao materijal domaćina za sumpornu katodu, kao što je prikazano na slici 3(c). Studija je otkrila da sinergistički efekat ko-dopinga dušika i bora ne samo da inducira NBCGN da dobije veću specifičnu površinu, volumen pora i veću provodljivost, već također pomaže u ravnomjernoj distribuciji sumpora u katodi. Što je još važnije, bor i dušik djeluju kao centri s nedostatkom elektrona i elektronima bogati centri u ko-dopiranom sistemu. Može se povezati sa Sx2- i Li+ putem Lewisovih interakcija, čime se efikasnije adsorbira litijum polisulfid i značajno poboljšava performanse ciklusa i brzine baterije (Slika 3(d, e)). Zasnovano na sličnim strategijama dopinga elemenata visoke i niske elektronegativnosti. Jin et al. [45] pripremili su materijale domaćina sa višeslojnim ugljičnim nanocijevima zajedno dopiranim borom i kisikom koristeći bornu kiselinu kao dodatak. Rezultirajuća baterija i dalje zadržava specifičan kapacitet od 937 mAh∙g-1 nakon 100 ciklusa, što je znatno bolje od performansi baterije zasnovane na običnim karbonskim cijevima (428 mAh∙g-1). Osim toga, istraživači su isprobali i druge oblike ko-dopinga. Uključujući grafen koji je zajedno dopiran borosilikatom [46], kobalt metal i grafen sa azotom bora [47], itd., efektivno su poboljšali performanse baterije. Sinergijski efekat ko-dopiranih komponenti igra ključnu ulogu u poboljšanju elektrohemijske reakcije sumpora.
Dopiranje elemenata bora može efikasno poboljšati intrinzičnu provodljivost i površinski hemijski polaritet ugljičnih materijala, ojačati hemijsku adsorpciju i inhibirati ponašanje litijum polisulfida, čime se poboljšava elektrohemijska kinetika i stabilnost sumporne reakcije, i poboljšava performanse baterije. Unatoč tome, još uvijek postoje mnogi problemi u istraživanju ugljičnih materijala dopiranih borom u litijum-sumpornim baterijama, koje je potrebno dalje istražiti i analizirati. Na primjer, utjecaj količine dopinga bora i konfiguracije dopinga na vodljivost, raspodjelu površinskog naboja i adsorpciono ponašanje litijum polisulfida ugljičnih materijala. U isto vrijeme, kako dobiti karbonske materijale s visokim nivoom dopinga bora i kako precizno kontrolirati konfiguraciju dopinga, sve ovisi o razvoju naprednih metoda i tehnologija pripreme. Pored toga, za sisteme sa ko-dopiranjem sa više elemenata, potrebno je dalje istražiti prikladnije kombinacije doping elemenata. Uspostaviti sistematski odnos struktura-aktivnost kako bi se razjasnio mehanizam sinergističkog efekta ko-dopirane strukture i njen uticaj na način i intenzitet interakcije domaćin-gost u elektrohemiji sumpora.
2.3 Metalni boridi
Jedinjenja metala su oduvijek bila žarište istraživanja funkcionalnih materijala u litijum-sumpornim baterijama zbog svojih karakteristika hemijskog polariteta i dobre morfološke i strukturne plastičnosti. Razlikuje se od uobičajenih metalnih oksida, sulfida, nitrida i drugih ionskih spojeva. Metalni boridi se obično sastoje od bora i metalnih elemenata na bazi kovalentnih veza, a njihova ispunjena struktura nasljeđuje dio metalnosti. Pokazuje mnogo veću provodljivost od ostalih metalnih spojeva (slika 4) [48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56] i može osigurati brzu opskrbu elektronima za elektrokemijske reakcije [57]. U isto vrijeme, postoji lokalna ograničena polarna struktura ionske veze između metala i bora, koja može osigurati dobra adsorpciona mjesta za polisulfide [58,59]. Osim toga, stabilnost visoko elektronegativnog bora slabi nakon legiranja s prijelaznim metalima, te je lakše sudjelovati u redoks reakcijama. Ovo omogućava da boridi metala učestvuju u elektrohemijskim reakcijama litij-sumpor preko površinskih reakcija kao posrednik [60].
Slika 4 Poređenje provodljivosti sa nekoliko kategorija metalnih jedinjenja[48,49,50,51,52,53,54,55,56]
Guan et al. [61] pripremili su materijal domaćina za sumporne katode nanošenjem amorfnih nanočestica Co2B na grafen koristeći metodu redukcije tekuće faze. Istraživanja su otkrila da i bor i kobalt mogu poslužiti kao adsorpciona mjesta za hemijsko učvršćivanje litijum polisulfida, čime se inhibira njegovo rastvaranje i migracija. Zajedno sa odličnom provodljivošću grafena na daljinu, baterija i dalje ima specifični kapacitet pražnjenja od 758 mAh·g-1 nakon 450 ciklusa pri brzini od 1C, a stopa opadanja kapaciteta po ciklusu je { {26}}.029%, pokazujući odlične performanse ciklusa. Na osnovu sličnog sinergističkog efekta adsorpcije, kompozitni materijal Co2B@CNT, koji se koristi kao funkcionalni separator za litijum-sumporne baterije, ima kapacitet adsorpcije Li2S6 do 11,67 mg∙m-2 [62], što može efikasno blokiraju difuziju i prodiranje polisulfida i postižu svrhu inhibiranja efekta šatla. Na osnovu toga, Guan et al. [63] je dalje koristio dvodimenzionalni metalni karbid (MXene) kao nosač za pripremu kompozitnog materijala heterospojnice Co2B@MXene (Slika 5(a~d)). Kroz teorijske proračune, utvrđeno je da elektronska interakcija na interfejsu heterospojnice dovodi do transfera elektrona sa Co2B na MXene. Ovaj efekat poboljšava adsorpciju i katalitičku sposobnost Co2B za polisulfide (Slika 5(a,b)). Zbog toga je brzina bledenja kapaciteta baterije zasnovana na Co2B@MXene funkcionalno modifikovanom separatoru tokom 2000 ciklusa samo 0,0088% po ciklusu. A pri punjenju sumpora od 5,1 mg∙cm-2, specifični kapacitet je i dalje čak 5,2 mAh∙cm-2 (Slika 5(c,d)). Treba napomenuti da je u poređenju sa strukturama kristalne faze, ova vrsta amorfnih faznih metalnih borida materijala nježnija i jednostavnija u pripremi materijala. Međutim, upravljivost i stabilnost njegove atomske i molekularne strukture su relativno slabe, što predstavlja veliku prepreku razjašnjavanju njegovih komponenti i mikrostrukture, te istraživanju mehanizma njegovog utjecaja na proces elektrokemijske reakcije sumpora.
Slika 5 (a) Konfiguracije adsorpcije Li2S4 na površinama Co2B i Co2B@MXene, (b) šema preraspodjele elektrona na interfejsima između Co2B i MXene, (c) performanse ciklusa ćelija na bazi Co2B@MXene i drugih separatora, ( d) dugoročne performanse ciklusa Co2B@MXene ćelije[63]; (e) šematski prikaz površinsko-hemijskog hvatanja polisulfida na TiB2, (f) konfiguracije adsorpcije i (g) energije vrsta sumpora na (001) i (111) površinama TiB2, (h) performanse visokog opterećenja i (i ) dugotrajni ciklus sumporne elektrode na bazi TiB2-[63,65]
TiB2 je klasični metalni borid sa odličnom električnom provodljivošću (~106 S∙cm-1) i široko se koristi u poljima kao što su provodljiva keramika, precizna obrada i elektrohemijski uređaji. TiB2 ima tipičnu heksagonalnu strukturu i visoku tvrdoću i strukturnu elastičnost, što pomaže pri prilagođavanju promjeni volumena reakcije sumpora. Istovremeno, očekuje se da će veliki broj nezasićenih struktura na njegovoj površini formirati snažnu međufaznu kemijsku interakciju s litijum polisulfidom [64], čime se postižu dobri efekti adsorpcije i zatvaranja. Li et al. [65] prvi je objavio da je TiB2 korišten kao materijal domaćin za sumporne katode. Kao što je prikazano na slici 5(e~g), tokom procesa termičkog mešanja sa S, površina TiB2 je delimično sumporisana. Litijum polisulfid proizveden tokom reakcije efikasno se adsorbuje kroz van der Waalsove sile i Lewisove kiselinsko-bazne interakcije, a efekat ovog mehanizma je značajniji na (001) površini. Dobijena sumporna katoda je dobila stabilan ciklus od 500 ciklusa pri brzini od 1C, a u isto vrijeme, specifični kapacitet je i dalje zadržao 3,3 mAh∙cm-2 nakon 100 ciklusa pri opterećenju sumporom od 3,9 mg∙cm{{19 }}. pokazao dobre elektrohemijske performanse (Slika 5(h,i)). Na osnovu rezultata XPS analize i teorijskih proračuna, odličan efekat adsorpcije litijum polisulfida TiB2 treba pripisati njegovom mehanizmu "pasivacije" površine. Osim toga, Luova istraživačka grupa [66] uporedila je adsorpcione efekte TiB2, TiC i TiO2 na litijum polisulfid i istražila mehanizam kompeticije između odgovarajuće hemijske adsorpcije i desorpcije solvatacije. Rezultati pokazuju da bor sa nižom elektronegativnošću čini da TiB2 ima jači adsorpcioni kapacitet, a u kombinaciji sa eterskim elektrolitom sa slabim kapacitetom solvatacije, može efikasno poboljšati iskorišćenje sumpora i poboljšati reverzibilnost elektrohemijskih reakcija. S obzirom na to, TiB2 je također korišten za izradu multifunkcionalnih separatora [67], koji efikasno adsorbira, sidri i ponovo koristi aktivne materijale, značajno poboljšavajući stabilnost ciklusa baterije. Kapacitet može održati 85% početne vrijednosti nakon 300 ciklusa na 0,5C.
Slično kao i TiB2, MoB ima dobru provodljivost, a njegova intrinzična dvodimenzionalna struktura pogoduje potpunom otkrivanju adsorpcionih mjesta i očekuje se da će postati dobar sumporni katodni katalizator [68]. Istraživačka grupa Manthiram na Univerzitetu Teksas u Austinu [69] koristila je Sn kao redukcijski agens i sintetizirala MoB nanočestice metodom čvrste faze, koja je pokazala dobru adsorpciju i katalitičke sposobnosti za litijum polisulfid. MoB ima visoku elektronsku provodljivost (1,7×105 S∙m-1), koja može obezbijediti brzu opskrbu elektronima za reakcije sumpora; u isto vrijeme, hidrofilna površinska svojstva MoB-a pogoduju vlaženju elektrolita i pomažu brzom transportu litijum jona. Ovo osigurava korištenje aktivnih materijala u uvjetima siromašnog elektrolita; osim toga, nanodimenzionirani MoB može u potpunosti otkriti katalitička aktivna mjesta inducirana atomima bora sa nedostatkom elektrona, omogućavajući materijalu odličnu intrinzičnu i prividnu katalitičku aktivnost. Na osnovu ovih prednosti, čak i ako se MoB doda u maloj količini, može značajno poboljšati elektrohemijske performanse i pokazati značajnu praktičnost. Rezultirajuća baterija ima slabljenje kapaciteta od samo 0,03% po ciklusu nakon 1,000 ciklusa pri stopi od 1C. A pri punjenju sumpora od 3,5 mg∙cm-2 i omjeru elektrolit/sumpor (E/S) od 4,5 mL∙g-1, postignute su odlične performanse ciklusa baterije mekog pakovanja. Osim toga, istraživačka grupa Nazar [70] koristila je lagani MgB2 kao medij za elektrohemijsku konverziju za litijum polisulfid. Utvrđeno je da i B i Mg mogu poslužiti kao adsorpciona mjesta za polisulfidne anjone, ojačati prijenos elektrona i postići bolju cikličku stabilnost pri velikom opterećenju sumporom (9,3 mg∙cm-2).
Ovi radovi u potpunosti ilustruju efikasnost i superiornost metalnih borida u poboljšanju elektrohemijskih reakcija sumpora. Međutim, u poređenju sa sistemima kao što su metalni oksidi i sulfidi, još uvijek postoji relativno malo istraživačkih izvještaja o metalnim boridima u litijum-sumpornim baterijama, a istraživanje materijala i srodnih mehanizama također treba proširiti i produbiti. Osim toga, kristalni metalni boridi obično imaju visoku strukturnu čvrstoću, a proces pripreme zahtijeva prelazak visokih energetskih barijera i uključuje visoke temperature, visoki tlak i druge oštre uvjete, što ograničava njihovo istraživanje i primjenu. Stoga je razvoj jednostavnih, blagih i efikasnih metoda sinteze metalnih borida također važan smjer u istraživanju metalnih borida.
2.4 Boridi nemetala
U poređenju sa metalnim boridima, nemetalni boridi su obično manje gusti i lakši, što je korisno za razvoj baterija visoke gustine energije; međutim, njihova niža provodljivost stvara otpor prema efikasnosti i kinetici elektrohemijskih reakcija sumpora. Trenutno su istraživači postigli određeni napredak u konstruiranju materijala za fiksiranje sumpora za litij-sumporne baterije na bazi nemetalnih borida uključujući bor nitrid, bor karbid, bor fosfid i bor sulfid [71, 72, 73].
Bor nitrid (BN) i bor karbid (BC) su dva najreprezentativnija i široko proučavana borida nemetala. BN se sastoji od atoma dušika i atoma bora koji su naizmjenično povezani, i uglavnom uključuje četiri kristalna oblika: heksagonalni, trigonalni, kubični i leurit [74]. Među njima, heksagonalni bor nitrid (h-BN) pokazuje karakteristike kao što su širok pojas, visoka toplotna provodljivost i dobra termička i hemijska stabilnost zbog svoje dvodimenzionalne strukture nalik grafitu i karakteristika lokalizovane elektronske polarizacije [75,76]. BN struktura ima očigledne polarne karakteristike i jak kapacitet hemijske adsorpcije za litijum polisulfid. U isto vrijeme, kemijske karakteristike površine mogu se kontrolirati dopiranjem elementa i konstrukcijom topoloških defekata kako bi se osigurala stabilnost molekularne strukture polisulfida uz poboljšanje njene adsorpcione čvrstoće [77]. Na osnovu ove ideje, Yi et al. [78] prijavili su maloslojni bor nitrid siromašan dušikom (v-BN) kao materijal domaćina za sumporne katode (slika 6(a)). Studije su otkrile da elektropozitivna slobodna mjesta u v-BN ne samo da pomažu u fiksiranju i transformaciji polisulfida, već i ubrzavaju difuziju i migraciju litijum jona. U poređenju sa originalnim BN, katoda na bazi v-BN ima veći početni kapacitet na 0.1C (1262 naspram 775 mAh∙g-1), i stopu opadanja kapaciteta nakon 5{{24} }0 ciklusa na 1C je samo 0,084% po ciklusu. Pokazuje dobru stabilnost u vožnji. Osim toga, He et al. [79] su otkrili da dopiranje O može dodatno poboljšati kemijski polaritet BN površine, inducirati materijal da formira veću specifičnu površinu i istovremeno poboljšati intrinzična i prividna svojstva adsorpcije.
Slika 6 (a) TEM slika i šematska atomska struktura v-BN[78]; (b) Šema g-C3N4/BN/grafenskog kompozitnog ionskog sita i (c) odgovarajuće performanse ciklusa Li-S ćelija[80]; (d) Šematska i optička slika troslojnog separatora BN/Celgard/ugljik, i (e) odgovarajuće performanse ciklusa ćelije[83]; (f) Šema i (g) SEM slika B4C@CNF i modela B4C nanožice, (h) energije adsorpcije Li2S4 na različitim aspektima B4C[87]
Iako BN materijal ima dobra svojstva hemijske adsorpcije, njegova sopstvena loša provodljivost ne pogoduje reaktivnom prijenosu naboja. Stoga je dizajn kompozitnih struktura sa provodljivim materijalima važan način za dalje poboljšanje njihove sveobuhvatne adsorpcije i katalitičkih performansi. S obzirom na to, Deng et al. [80] je dizajnirao kompozitno jonsko sito na bazi ugljičnog nitrida sličnog grafitu (g-C3N4), BN i grafena kao multifunkcionalni međusloj za litijum-sumporne baterije (slika 6(b)). Među njima, uređeni jonski kanali veličine 0.3 nm u strukturi g-C3N4 mogu efikasno blokirati polisulfide i omogućiti prolaz litijum jonima. BN služi kao katalizator reakcije za promicanje konverzije polisulfida, a grafen služi kao ugrađeni strujni kolektor za odličnu provodljivost dugog dometa. . Zahvaljujući sinergističkom učinku ove tri dvodimenzionalne komponente, rezultirajuća baterija može stabilno kružiti više od 500 ciklusa sa visokim sadržajem sumpora od 6 mg∙cm-2 i brzinom od 1C (Slika 6(c)). Osim toga, istraživači su pokušali nanijeti tanak sloj BN nanolist/grafenskog kompozitnog filma na površinu katode kao zaštitni sloj u jednostavnijem i direktnijem obliku [81,82]. Efikasno inhibira otapanje i difuziju litijum polisulfida i značajno poboljšava specifični kapacitet i stabilnost ciklusa sumporne katode. Tokom 1000 ciklusa na 3C, stopa slabljenja kapaciteta je samo 0,0037% po ciklusu. Zanimljivo je da je istraživačka grupa Ungyu Paik na Univerzitetu Hanyang [83] usvojila još jednu kombinaciju ideja za konstruiranje multifunkcionalnog separatora sa BN/Celgard/karbonskom sendvič strukturom. Kao što je prikazano na slici 6(d), karbonski sloj i BN sloj su premazani na pozitivnoj i negativnoj strani elektrode običnog separatora. Među njima, sloj ugljika i BN sloj mogu zajedno blokirati šatl litij polisulfida i ograničiti njegovu difuziju na površinu negativne elektrode. U isto vrijeme, BN sloj na strani negativne elektrode također ograničava rast litijum dendrita. Zahvaljujući ovom kooperativnom zaštitnom mehanizmu, baterija ima visoku stopu zadržavanja kapaciteta (76,6%) i specifični kapacitet (780,7 mAh∙g-1) nakon 250 ciklusa na 0,5C. Značajno bolji od običnih separatora i separatora modificiranih čistim ugljikom (slika 6(e)).
U poređenju sa N, C ima nižu elektronegativnost, tako da je razlika elektronegativnosti između B i C mala, što rezultira slabijim hemijskim polaritetom BC strukture u poređenju sa NC. Ali u isto vrijeme, delokalizacija elektrona u BC strukturi je poboljšana i provodljivost je bolja [84,85]. Stoga, BC općenito pokazuje relativno komplementarna fizička i kemijska svojstva BN. Ima malu gustinu, relativno dobru provodljivost i dobra katalitička svojstva, i ima obećavajuće izglede za primjenu u energetskom polju [86]. Luo et al. [87] uzgajali su nanožice bor karbida (B4C@CNF) in situ na karbonskim vlaknima kao materijalu domaćina katode (slika 6(f~h)). Među njima, B4C efikasno adsorbuje i ograničava polisulfide kroz BS vezu. U isto vrijeme, njegova vodljiva mreža od karbonskih vlakana pomaže da se adsorbirani sumpor brzo pretvori i poboljšava kinetiku reakcije. Dobijena sumporna katoda ima zadržavanje kapaciteta od 80% nakon 500 ciklusa i može postići stabilan ciklus pod visokim sadržajem sumpora (maseni udio 70%) i kapacitetom opterećenja (10,3 mg∙cm{ {16}}). Song et al. [88] su konstruisali super-ograničenu strukturu domaćina sumpora oko B4C. Struktura koristi aktivirani porozni ugljik od pamučne tkanine kao fleksibilnu matricu, B4C nanovlakna kao aktivni kostur i redukovani grafen oksid za daljnje premazivanje. Efikasno kombinuje fizičko i hemijsko zatvaranje, ublažava gubitak aktivnih supstanci i postiže odličnu stabilnost ciklusa. S obzirom na dobru adsorpciju i katalitička svojstva B4C, Zhaova istraživačka grupa [89] je ravnomjerno rasporedila B4C nanočestice u tkanini od karbonskih vlakana putem in-situ metode rasta potpomognutog katalitikom kako bi se efikasno raspršila i izložila aktivna mjesta. Dobijena sumporna katoda ima početni kapacitet do 1415 mAh∙g-1 (0,1C) pri opterećenju od 3,0 mg∙cm-2 i ultra dug životni vek od 3000 ciklusa na 1C, što pokazuje dobre izglede za primjenu.
Iz navedenog se može vidjeti da nemetalni borid ima dobar adsorpcijski i katalitički učinak na litijum polisulfid, ali je njegova provodljivost relativno niska, te je još uvijek potreban provodljivi nosač za potpomaganje elektrohemijske reakcije sumpora. Među njima, razlika u elektronskoj strukturi susjednih N i C atoma čini da BN i BC materijali imaju svoje prednosti i nedostatke u smislu provodljivosti i interakcije s litijum polisulfidom. S obzirom na to, u kombinaciji sa bor-sulfidom, bor-fosfidom, bor-oksidom, itd., ovaj tip nemetalnog borida može se koristiti kao dobar nosač i platforma za proučavanje odnosa strukture i aktivnosti između lokalne kemijske polarne strukture i adsorpcionog katalitičkog. sposobnost. Očekuje se da će dalja sistematska korelacija i analiza pomoći da se razumiju relevantni procesi mikroskopske reakcije, reguliše fina struktura materijala i poboljšaju elektrohemijske performanse baterija. Osim toga, daljnja primjena i razvoj nemetalnih borida u litijum-sumpornim baterijama i dalje treba da se oslanja na poboljšanje i optimizaciju njihove pripreme. Razvijte jednostavne i blage tehnologije pripreme, dok razvijate materijalne strukture sa višom intrinzičnom provodljivošću i dizajnirate efikasnije kompozitne materijale kako biste uravnotežili i uzeli u obzir provodljivost, adsorpciju i katalitičke efekte.
3 Zaključak
Ukratko, litij-sumporne baterije imaju visoku teorijsku gustoću energije zbog njihovih reakcija prijenosa više elektrona. Međutim, njihov mehanizam reakcije konverzije i intrinzična slaba provodljivost aktivnih materijala ometaju realizaciju prednosti. Materijali na bazi bora imaju jedinstvene fizičke i hemijske karakteristike i elektrohemijska svojstva. Njihov ciljani dizajn i racionalna primjena su učinkoviti načini za ublažavanje efekta šatla litijum-sumpornih baterija i poboljšanje kinetike reakcije i reverzibilnosti. Poslednjih godina su se brzo razvile. Međutim, istraživanje i primjena materijala na bazi bora u litijum-sumpornim baterijama je još uvijek u povojima, a dizajn strukture materijala i njegov mehanizam djelovanja na proces elektrohemijske reakcije baterije treba dalje razvijati i istraživati. Kombinirajući karakteristike materijala i gore navedeni napredak istraživanja, autor smatra da bi budući razvoj materijala na bazi bora u litijum-sumpornim baterijama trebao posvetiti više pažnje sljedećim pravcima:
1) Sinteza materijala. Sintetički preparat je čest problem s kojim se susreću gore navedeni materijali na bazi bora. Postoji hitna potreba za razvojem jednostavnijih, blažih i efikasnijih metoda pripreme materijala kako bi se obezbijedila materijalna osnova za istraživanje mehanizama i promociju primjene. Među njima, priprema amorfnih metalnih borida metodom redukcije tečne faze je obećavajući pravac razvoja. U isto vrijeme, oslanjajući se na njegove prednosti i iskustvo, istraživanje i razvoj sintetičkih puteva zasnovanih na solvotermalnim metodama ili metodama rastaljene soli također može pružiti nove ideje za pripremu materijala na bazi bora. Osim toga, tokom procesa pripreme borida, posebnu pažnju treba posvetiti kontroli i dizajnu nanostrukture i njenoj stabilnosti kako bi se zadovoljile potrebe međureakcionih karakteristika litijum-sumpornih baterija.
2) Istraživanje mehanizama. Materijali na bazi bora imaju jedinstvene i bogate površinske hemijske karakteristike. In situ metode karakterizacije treba koristiti za dalje proučavanje interakcija domaćin-gost između materijala na bazi bora i polisulfida. Posebnu pažnju treba posvetiti površinskoj ireverzibilnoj sulfatizaciji, samoelektrohemijskoj oksidaciji i redukciji itd., kako bi se otkrili odlučujući strukturni faktori njenih adsorpcionih i katalitičkih sposobnosti, te da bi se pružile teorijske smjernice i osnova za ciljani dizajn i razvoj materijala. Osim toga, za reprezentativne boride amorfnih metala, potrebno je obratiti posebnu pažnju na razlike u mikrostrukturi i srodnim fizičkim i hemijskim svojstvima između amorfnih i kristalnih borida, te surađivati u razvoju odgovarajućih tehnologija analize strukture i karakterizacije svojstava. Izbjegavajte zaključivanje između amorfnih materijala, litijum polisulfida i njegovog reakcionog procesa zasnovanog isključivo na kristalnoj strukturi.
3) Evaluacija učinka. Za optimizaciju sistema procjene materijala i baterije, uz povećanje površinskog opterećenja sumpora, više pažnje treba posvetiti regulaciji ključnih parametara kao što su debljina i poroznost elektrode kako bi se istovremeno poboljšali kvalitet i zapreminska gustoća energije elektrode. Osim toga, elektrohemijska svojstva u uslovima niske doze elektrolita (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.
Ukratko, ovaj članak se fokusira na materijale na bazi bora i daje pregled najnovijih istraživanja borofena, ugljenika dopiranog atomom bora, metalnih borida i nemetalnih borida u sistemima litijum-sumpornih baterija. Nadam se da može pružiti referencu i inspiraciju kolegama, proširiti razvoj i primjenu materijala na bazi bora u oblasti nove energije i promovirati praktičan razvoj litijum-sumpornih baterija.
Reference
[1] DUNN B, KAMATH H, TARASCON J M. Skladištenje električne energije za mrežu: baterija izbora. Science, 2011,334(6058):928-935.
[2] ARICO AS, BRUCE P, SCROSATI B, et al. Nanostrukturirani materijali za napredne uređaje za konverziju i skladištenje energije. Prirodni materijali, 2005, 4(5):366-377.
[3] LIANG YR, ZHAO CZ, YUAN H, et al. Pregled punjivih baterija za prijenosne elektronske uređaje. InfoMat, 2019,1(1):6-32.
[4] GOODENOUGH JB, PARK K S. Li-jonska punjiva baterija: perspektiva. Journal of the American Chemical Society, 2013,135(4):1167-1176.
[5] TARASCON JM, ARMAND M. Problemi i izazovi sa kojima se suočavaju punjive litijumske baterije. Priroda, 2011,414:171-179.
[6] JIN GY, HE HC, WU J, et al. Šuplji ugljenični okvir dopiran kobaltom kao domaćin sumpora za katodu litijum-sumporne baterije. Časopis za neorganske materijale, 2021,36(2):203-209.
[7] FANG R, ZHAO SY, SUN ZH, et al. Pouzdanije litijum-sumporne baterije: tatus, rješenja i izgledi. Advanced Materials, 2017, 29(48):1606823.
[8] HU JJ, LI GR, GAO X P. Trenutni status, problemi i izazovi u litijum-sumpornim baterijama. Časopis za neorganske materijale, 2013,28(11):1181-1186.
[9] LI GR, WANG S, ZHANG YN, et al. Ponovno razmatranje uloge polisulfida u litijum-sumpornim baterijama. Napredni materijali, 2018,30(22):1705590.
[10] PENG HJ, HUANG JQ, ZHANG Q. Pregled fleksibilnih litijum-sumpornih i analognih punjivih baterija od alkalijskih metala i halkogena. Chemical Society Reviews, 2017, 46(17):5237-5288.
[11] JANA M, XU R, CHENG XB, et al. Racionalno projektovanje dvodimenzionalnih nanomaterijala za litijum-sumporne baterije. Energy & Environmental Science, 2020, 13(4):1049-1075.
[12] HE JR, MANTHIRAM A. Pregled statusa i izazova elektrokatalizatora u litijum-sumpornim baterijama. Materijali za skladištenje energije, 2019, 20:55-70.
[13] SEH ZW, SUN YM, ZHANG QF, et al. Projektovanje visokoenergetskih litijum-sumpornih baterija. Chemical Society Reviews, 2016, 45(20):5605-5634.
[14] JI XL, EVERS S, BLACK R, et al. Stabiliziranje litijum-sumpornih katoda korištenjem polisulfidnih rezervoara. Nature Communications, 2011, 2:325.
[15] ZHANG Z, KONG LL, LIU S, et al. Visokoefikasni kompozit sumpor/ugljik zasnovan na 3D grafenskoj nanosheet@carbon nanotube matrici kao katoda za litijum-sumpornu bateriju. Advanced Energy Materials, 2017, 7(11):1602543.
[16] XU WC, PAN XX, MENG X, et al. Provodljivi materijal koji sadrži sumpor koji uključuje ultrafine nanočestice vanadij nitrida za litijum-sumpornu bateriju visokih performansi. Electrochimica Acta, 2020,331:135287.
[17] LIU YT, LIU S, LI GR, et al. Sumporna katoda visoke volumetrijske gustine energije sa teškim i katalitičkim metalnim oksidom za litijum-sumpornu bateriju. Advanced Science, 2020, 7(12):1903693.
[18] CHEN HH, XIAO YW, CHEN C, et al. Konduktivni MOF modificirani separator za ublažavanje šatl efekta litijum-sumporne baterije metodom filtracije. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11(12):11459-11465.
[19] YOO J, CHO SJ, JUNG GY, et al. COF mreža na CNT mreži kao molekularno dizajnirana, hijerarhijska porozna hemijska zamka za polisulfide u litijum-sumpornim baterijama. Nano Letters, 2016, 16(5):3292-3300.
[20] HU Y, LIU C. Uvođenje 1,2-migracije za organobor jedinjenja. Univerzitetska hemija, 2019,34(12):39-44.
[21] SOREN KM, SUNING W. Materijali koji reagiraju na stimulanse na bazi bora. Chemical Society Reviews, 2019, 48(13):3537-3549.
[22] HUANG ZG, WANG SN, DEWHURST RD, et al. Bor: njegova uloga u energetskim procesima i primjenama. Angewandte Chemie međunarodno izdanje, 2020, 59(23):8800-8816.
[23] ZHU YH, GAO SM, HOSMANE N S. Napredni energetski materijali obogaćeni borom. Inorganica Chimica Acta, 2017, 471:577-586.
[24]KHAN K, TAREEN AK, ASLAM M, et al. Sinteza, svojstva i nove elektrokatalitičke primjene 2D-borofena ksena. Napredak u hemiji čvrstog stanja, 2020, 59:100283.
[25] RAO DW, LIU XJ, YANG H, et al. Međufazna konkurencija između katode na bazi borofena i elektrolita za višestruku sulfidnu imobilizaciju litijum sumporne baterije. Journal of Materials Chemistry A, 2019, 7(12):7092-7098.
[26] JIANG HR, SHYY W, LIU M, et al. Borofen i defektni borofen kao potencijalni materijali za sidrenje za litijum-sumporne baterije: studija o prvim principima. Journal of Materials Chemistry A, 2018,6(5):2107-2114.
[27] ZHANG CY, HE Q, CHU W, et al. Borofen-grafenska heterostruktura dopirana prijelaznim metalima za robusno polisulfidno sidrenje: prva studija principa. Applied Surface Science, 2020, 534:147575.
[28] ZHANG L, LIANG P, SHU HB, et al. Borofen kao efikasan domaćin sumpora za litijum-sumporne baterije: suzbijanje efekta šatla i poboljšanje provodljivosti. Journal of Physical Chemistry C, 2017,121(29):15549-15555.
[29] GRIXTI S, MUKHERJEE S, SINGH C V. Dvodimenzionalni bor kao impresivan katodni materijal litijum-sumporne baterije. Materijali za skladištenje energije, 2018, 13:80-87.
[30] MANNIX AJ, ZHOU XF, KIRALI B, et al. Sinteza borofena: anizotropni, dvodimenzionalni polimorfi bora. Nauka, 2015, 350(6267):1513-1516.
[31] FENG BJ, ZHANG J, ZHONG Q, et al. Eksperimentalna realizacija dvodimenzionalnih ploča bora. Nature Chemistry, 2016, 8(6):564-569.
[32] PARAKNOWITSCH JP, THOMAS A. Dopiranje ugljika izvan azota: pregled naprednih ugljenika dopiranih heteroatomom s borom, sumporom i fosforom za energetske primjene. Energy & Environmental Science, 2013, 6(10):2839-2855.
[33] WANG HB, MAIYALAGAN T, WANG X. Pregled nedavnog napretka u grafenu dopiranom dušikom: sinteza, karakterizacija i njegove potencijalne primjene. ACS Catalysis, 2012, 2(5):781-794.
[34] XIE Y, MENG Z, CAI TW, et al. Utjecaj dopinga borom na grafenski aerogel koji se koristi kao katoda za litijum sumpornu bateriju. ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7(45):25202-25210.
[35] SHI PC, WANG Y, LIANG X, et al. Istovremeno oljuštene ploče grafena dopirane borom za kapsuliranje sumpora za primjenu u litijum-sumpornim baterijama. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2018, 6(8):9661-9670.
[36] YANG LJ, JIANG SJ, ZHAO Y, et al. Ugljične nanocijevi dopirane borom kao elektrokatalizatori bez metala za reakciju redukcije kisika. Angewandte Chemie International Edition, 2011, 50(31):7132-7135.
[37] AI W, LI JW, DU ZZ, et al. Dvostruko zatvaranje polisulfida u hibridu porozne ugljične sfere/grafena dopiranog borom za napredne Li-S baterije. Nano istraživanja, 2018,11(9):4562-4573.
[38] YANG CP, YIN YX, YE H, et al. Uvid u učinak dopinga bora na sumporno/ugljičnu katodu u litijum-sumpornim baterijama. ACS Applied Materials & Interfaces, 2014, 6(11):8789-8795.
[39] XU CX, ZHOU HH, FU CP, et al. Hidrotermalna sinteza ugljičnih nanocijevi dopiranih borom/kompozita sumpora za litijum-sumporne baterije visokih performansi. Electrochimica Acta, 2017, 232:156-163.
[40] HAN P, MANTHIRAM A. Borom i dušikom dopirani separatori obloženi reduciranim grafen oksidom za Li-S baterije visokih performansi. Journal of Power Sources, 2017,369:87-94.
[41] HOU TZ, CHEN X, PENG HJ, et al. Principi dizajna nanougljika dopiranog heteroatomom za postizanje snažnog sidrenja polisulfida za litijum-sumporne baterije. Mala, 2016,12(24):3283-3291.
[42] XIONG DG, ZHANG Z, HUANG XY, et al. Povećanje polisulfidnog zatvaranja u B/N-kodopiranim hijerarhijski poroznim ugljeničnim nanolistovima putem Lewis-ove kiselinsko-bazne interakcije za stabilne Li-S baterije. Journal of Energy Chemistry, 2020,51:90-100.
[43] YUAN SY, BAO JL, WANG LN, et al. Sloj ugljika bogatog dušikom i borom podržan grafenom za poboljšane performanse litijum-sumpornih baterija zbog poboljšane hemisorpcije litijum polisulfida. Advanced Energy Materials, 2016, 6(5):1501733.
[44] CHEN L, FENG JR, ZHOU HH, et al. Hidrotermalna priprema zakrivljenih grafenskih nano traka zajedno dopiranih dušikom i borom s visokim količinama dopanta za katode litijum sumpornih baterija visokih performansi. Journal of Materials Chemistry A, 2017,5(16):7403-7415.
[45] JIN CB, ZHANG WK, ZHUANG ZZ, et al. Poboljšana hemisorpcija sulfida korištenjem borom i kisikom dvostruko dopiranih ugljikovih nanocijevi s više stijenki za napredne litijum-sumporne baterije. Journal of Materials Chemistry A, 2017,5(2):632-640.
[46] ULLAH S, DENIS PA, SATO F. Neobično povećanje adsorpcionih energija natrijuma i kalijuma u grafenu kodiranom sumpor-azot i silicijum-bor. ACS Omega, 2018,3(11):15821-15828.
[47] ZHANG Z, XIONG DG, SHAO AH, et al. Integracija metalnog kobalta i N/B heteroatoma u porozne ugljenične nanoploče kao efikasan imobilizator sumpora za litijum-sumporne baterije. Carbon, 2020, 167:918-929.
[48] WANG P, KUMAR R, SANKARAN EM, et al. Vanadijum diborid (VB2) sintetizovan pod visokim pritiskom: elastična, mehanička, elektronska i magnetna svojstva i termička stabilnost. Neorganska hemija, 2018,57(3):1096-1105.
[49] HE GJ, LING M, HAN XY, et al. Samostojeće elektrode sa strukturom jezgra-ljuska za superkondenzatore visokih performansi. Materijali za skladištenje energije, 2017, 9:119-125.
[50] WANG CC, AKBAR SA, CHEN W, et al. Električna svojstva visokotemperaturnih oksida, borida, karbida i nitrida. Journal of Materials Science, 1995,30(7):1627-1641.
[51] XIAO ZB, YANG Z, ZHANG LJ, et al. Sendvič-tip NbS2@S@I-dopiranog grafena za litijum-sumporne baterije sa visokim sadržajem sumpora, ultra-visoke brzine i dugovečne litijum-sumporne baterije. ACS Nano, 2017, 11(8):8488-8498.
[52] WANG LJ, LIU FH, ZHAO BY, et al. Ugljične nano posude ispunjene MoS2 nanolistovima kao elektrodni materijali za superkondenzatore. ACS Applied Nano Materials, 2020, 3(7):6448-6459.
[53] BALACH J, LINNEMANN J, JAUMANN T, et al. Nanostrukturirani materijali na bazi metala za napredne litijum-sumporne baterije. Journal of Materials Chemistry A, 2018,6(46):23127-23168.
[54] BEN-DOR L, SHIMONY Y. Kristalna struktura, magnetna osjetljivost i električna provodljivost čistog i NiO dopiranog MoO2 i WO2. Bilten za istraživanje materijala, 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. Oksidi na bazi Nb kao anodni materijali za litijum-jonske baterije. Napredak u hemiji, 2015, 27(2/3):297-309.
[57] TAO Q, MA SL, CUI T, et al. Strukture i svojstva funkcionalnih borida prelaznih metala. Acta Physica Sinica, 2017, 66(3):036103.
[58] SHEN YF, XU C, HUANG M, et al. Istraživački napredak klastera bora, bora i jedinjenja bora dopiranih metalima. Napredak u hemiji, 2016, 28(11):1601-1614.
[59] GUPTA S, PATEL MK, MIOTELLO A, et al. Katalizatori na bazi metalnog borida za elektrohemijsko cijepanje vode: pregled. Napredni funkcionalni materijali, 2020,30(1):1906481.
[60] WU F, WU C. Nove sekundarne baterije i njihovi ključni materijali zasnovani na konceptu višeelektronske reakcije. Kineski naučni bilten, 2014,59(27):3369-3376.
[61] GUAN B, FAN LS, WU X, et al. Jednostavna sinteza i poboljšane performanse litijum-sumporne baterije kompozitne katode od amorfnog kobalt borida (Co2B)@graphene. Journal of Materials Chemistry A, 2018,6(47):24045-24049.
[62] GUAN B, ZHANG Y, FAN LS, et al. Blokiranje polisulfida sa Co2B@CNT preko "sinergetskog adsorptivnog efekta" prema ultravisokim sposobnostima i robusnoj litijum-sumpornoj bateriji. ACS Nano, 2019, 13(6):6742-6750.
[63] GUAN B, SUN X, ZHANG Y, et al. Otkriće međufazne elektronske interakcije unutar kobalt borida@MXene za litijum-sumporne baterije visokih performansi. Chinese Chemical Letters, 2020, 32(7):2249-2253.
[64] BASU B, RAJU GSURI A. Obrada i svojstva monolitnih materijala na bazi TiB2. International Materials Reviews, 2006, 51(6):352-374.
[65] LI CC, LIU XB, ZHU L, et al. Provodljivi i polarni titanijum borid kao domaćin sumpora za napredne litijum-sumporne baterije. Hemija materijala, 2018,30(20):6969-6977.
[66] LI ZJ, JIANG HR, LAI NC, et al. Dizajniranje efikasnog interfejsa otapalo-katalizator za katalitičku konverziju sumpora u litijum-sumpornim baterijama. mistry of Materials, 2019,31(24):10186-10196.
[67] JIN LM, NI J, SHEN C, et al. Metalno vodljivi TiB2 kao multifunkcionalni modifikator separatora za poboljšane litijum-sumporne baterije. Journal of Power Sources, 2020, 448:227336.
[68] WU R, XU HK, ZHAO YW, et al. MoB2-ov okvir od molibdena umetnut u podjedinice bora nalik borofenu omogućava stabilne i brzodjelujuće Li2S6-bazirane litijum-sumporne baterije. Materijali za skladištenje energije, 2020, 32:216-224.
[69] HE JR, BHARGAV A, MANTHIRAM A. Molibden borid kao efikasan katalizator za redoks polisulfida koji omogućava litijum-sumporne baterije visoke gustine energije. Napredni materijali, 2020, 32(40):2004741.
[70] PANG Q, KWOK CY, KUNDU D, et al. Lagani metalni MgB2 posreduje polisulfidni redoks i obećava litijum-sumporne baterije visoke gustine energije. Joule, 2019,3(1):136-148.
[71] YU TT, GAO PF, ZHANG Y, et al. Jednosloj bor-fosfida kao potencijalni materijal za sidrenje za litijum-sumporne baterije: studija prvih principa. Primijenjena nauka o površini, 2019, 486:281-286.
[72] JANA S, THOMAS S, LEE CH, et al. B3S monosloj: predviđanje anodnog materijala visokih performansi za litijum-jonske baterije. Journal of Materials Chemistry A, 2019,7(20):12706-12712.
[73] SUN C, HAI CX, ZHOU Y, et al. Visoko katalitička nanovlakna bor nitrida in situ uzgojena na prethodno obrađenom ketjencrnom kao katoda za poboljšane performanse litijum-sumpornih baterija. ACS Applied Energy Materials, 2020, 3(11):10841-10853.
[74] ARENAL R, LOPEZ BEZANILLA A. Materijali bor nitrida: pregled od 0D do 3D (nano)struktura. Wiley Interdisciplinary Reviews-Computational Molecular Science, 2015,5(4):299-309.
[75] JIANG XF, WENG QH, WANG XB, et al. Nedavni napredak u proizvodnji i primjeni nanomaterijala bor nitrida: pregled. Časopis za nauku o materijalima i tehnologiju, 2015,31(6):589-598.
[76] PRAKASH A, NEHATE SD, SUNDARAM K B. UV detektori na bazi bor-ugljičnog nitrida metal-izolator-metal za primjenu u teškim uvjetima. Optics Letters, 2016, 41(18):4249-4252.
[77] ZHAO YM, YANG L, ZHAO JX, et al. Kako učiniti inertne nanoploče bor nitrida aktivnim za imobilizaciju polisulfida za litijum-sumporne baterije: računarska studija. Fizička hemija Hemijska fizika, 2017,19(28):18208-18216.
[78] YI YK, LI HP, CHANG HH, et al. Nekoliko slojeva borovog nitrida sa konstruisanim praznim mestima za azot za promociju konverzije polisulfida kao katodne matrice za litijum-sumporne baterije. Hemija, 2019, 25(34):8112-8117.
[79] HE B, LI WC, ZHANG Y, et al. Paragenesis BN/CNTs hibrid kao monoklinski sumporni domaćin za visoku brzinu i ultradug vijek trajanja litijum-sumporne baterije. Journal of Materials Chemistry A, 2018,6(47):24194-24200.
[80] DENG DR, BAI CD, XUE F, et al. Multifunkcionalno ionsko sito napravljeno od 2D materijala kao međusloj za Li-S baterije. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11(12):11474-11480.
[81] SUN K, GUO PQ, SHANG XN, et al. Mezoporozni separatori modifikovani bor ugljen nitridom/grafenom kao efikasna polisulfidna barijera za visoko stabilne litijum-sumporne baterije. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2019,842:34-40.
[82] FAN Y, YANG Z, HUA WX, et al. Funkcionalizirani nanoplastovi bor nitrida/grafenski međusloj za brze i dugovječne litijum-sumporne baterije. Advanced Energy Materials, 2017, 7(13):1602380.
[83] KIM PJH, SEO J, FU K, et al. Sinergijski zaštitni efekat BN-ugljičnog separatora za visoko stabilne litijum-sumporne baterije. NPG Asia Materials, 2017, 9(4):e375.
[84] PRAMANICK A, DEY PP, DAS P K. Analiza mikrostrukture, faze i električne provodljivosti sinterovanog karbida bora u plazmi s varnicom obrađenog WEDM. Ceramics International, 2020, 46(3):2887-2894.
[85] YEGANEH M, SARAF HH, KAFI F, et al. Prvi principi istraživanja vibracijskih, elektronskih i optičkih svojstava grafenu sličnog bor karbida. Solid State Communications, 2020, 305:113750.
[86] CHANG YK, SUN XH, MA MD, et al. Primena tvrdih keramičkih materijala B4C u skladištenju energije: dizajn nanočestica B4C@C jezgra-ljuska kao elektroda za fleksibilne mikro-superkondenzatore u punom stanju sa ultravisokom ciklabilnosti. Nano energija, 2020,75:104947.
[87] LUO L, CHUNG SH, ASL HY, et al. Dugotrajne litijum-sumporne baterije sa bifunkcionalnim katodnim supstratom konfigurisanim nanožicama od bor karbida. Napredni materijali, 2018,30(39):1804149.
[88] PJESMA NN, GAO Z, ZHANG YY, et al. B4C nanoskelet, fleksibilne litijum-sumporne baterije. Nano energija, 2019, 58:30-39.
[89] ZHANG RH, CHI C, WU MC, et al. Dugotrajna Li-S baterija koju omogućava katoda napravljena od dobro raspoređenih B4C nanočestica ukrašenih aktivnim pamučnim vlaknima. Journal of Power Sources, 2020, 451:227751.
