Nya framsteg för borbaserade material i litium-svavelbatteri
Författare:LI Gaoran, LI Hongyang, ZENG Haibo
MIIT Nyckel Laboratorium av Avancerad Display Material och Enheter, Institut av Nano Optoelektronisk Material, Skola av Material Vetenskap och Teknik, Nanjing Universitet av Vetenskap och Teknik, Nanjing 210094
Abstrakt
Litium-svavel (Li-S) batterier spelar en avgörande roll i utvecklingen av nästa generations elektrokemiska energilagringsteknik på grund av dess höga energitäthet och låga kostnad. Emellertid hindras deras praktiska tillämpning fortfarande av den tröga kinetiken och låga reversibiliteten hos omvandlingsreaktionerna, vilket bidrar till relativt låg praktisk kapacitet, coulombisk ineffektivitet och cyklisk instabilitet. I detta avseende utgör den rationella designen av ledande, adsorptiva och katalytiska funktionella material en kritisk väg för att stabilisera och främja svavelelektrokemi. Genom att dra nytta av de unika atomära och elektroniska strukturerna hos bor uppvisar borbaserade material mångfaldiga och avstämbara fysikaliska, kemiska och elektrokemiska egenskaper och har fått omfattande forskningsuppmärksamhet inom Li-S-batterier. Denna artikel går igenom de senaste forskningsframstegen för borbaserade material, inklusive borofen, boratomdopat kol, metallborider och icke-metallborider i Li-S-batterier, avslutar de återstående problemen och föreslår ett framtida utvecklingsperspektiv.
Nyckelord:litium-svavelbatteri, borid, kemisk dopning, borofen, skytteleffekt, recension
Att utveckla grön förnybar energi, utveckla avancerade metoder för energiomvandling och lagring och etablera ett effektivt och rent energisystem är oundvikliga val för att hantera energikrisen och klimatförändringarna i dagens värld. Elektrokemisk energilagringsteknik, representerad av batterier, kan omvandla och lagra ny ren energi och använda den i en mer effektiv och bekväm form, vilket spelar en viktig roll för att främja grön energiekonomi och hållbar utveckling [1,2]. Bland många batteriteknologier har litiumjonbatterier fördelarna med hög energitäthet och ingen minneseffekt. Den har uppnått snabb utveckling sedan kommersialiseringen 1991 och har använts i stor utsträckning inom elfordon, bärbara elektroniska enheter, nationellt försvar och andra områden [3,4]. Men med den kontinuerliga utvecklingen av elektrisk utrustning har traditionella litiumjonbatterier inte kunnat möta det växande energibehovet. Mot denna bakgrund har litium-svavelbatterier väckt stor uppmärksamhet på grund av deras höga teoretiska specifika kapacitet (1675 mAh·g-1) och energitäthet (2600 Wh∙kg-1). Samtidigt är svavelresurserna rikliga, brett distribuerade, låga priser och miljövänliga, vilket gör litium-svavelbatterier till en forskningshotspot inom området för nya sekundära batterier de senaste åren [5,6].
1 Arbetsprincip och befintliga problem med litium-svavelbatterier
Litium-svavelbatterier använder vanligtvis elementärt svavel som den positiva elektroden och metalliskt litium som den negativa elektroden. Den grundläggande batteristrukturen visas i figur 1(a). Den elektrokemiska reaktionen är en omvandlingsreaktionsprocess i flera steg som involverar multipla elektronöverföringar, åtföljd av fast-vätskefasövergång och en serie litiumpolysulfidmellanprodukter (Figur 1(b)) [7,8]. Bland dem är elementärt svavel och kortkedjigt Li2S2/Li2S belägna i båda ändarna av reaktionskedjan olösliga i elektrolyten och existerar i form av utfällning på elektrodytan. Långkedjig litiumpolysulfid (Li2Sx, 4 Mindre än eller lika med x Mindre än eller lika med 8) har högre löslighet och migrationsförmåga i elektrolyten. Baserat på elektrodmaterialens inneboende egenskaper och deras reaktionsmekanism för omvandling av fast-vätskefas har litium-svavelbatterier energi- och kostnadsfördelar, men de står också inför många problem och utmaningar [9,10,11,12]:
Fig. 1 Schematiskt diagram över (a) litium-svavelbatterikonfiguration och (b) motsvarande laddnings-urladdningsprocess[7]
1) Fastfas elementärt svavel och Li2S ackumuleras på elektrodytan, och deras inneboende elektron- och jontröghet leder till svårigheter med laddningsöverföring och långsam reaktionskinetik, vilket minskar utnyttjandegraden av aktiva material och batteriets faktiska kapacitet.
2) Det finns en stor densitetsskillnad mellan svavel och Li2S i båda ändarna av reaktionskedjan (2,07 vs 1,66 g∙cm-3). Materialet upplever en volymförändring på upp till 80 % under reaktionsprocessen, och elektrodens mekaniska strukturella stabilitet står inför stora utmaningar.
3) Upplösningen och migreringsbeteendet hos litiumpolysulfid i elektrolyten orsakar en allvarlig "skytteleffekt", vilket resulterar i allvarlig förlust av aktivt material och Coulomb-förlust. Dessutom deltar litiumpolysulfid i kemiska/elektrokemiska sidoreaktioner på anodytan, vilket inte bara orsakar ytterligare förlust av aktiva material, utan även passiverar och korroderar anodytan, förvärrar bildandet och tillväxten av litiumdendriter och ökar säkerhetsriskerna.
Dessa problem hänger ihop och påverkar varandra, vilket avsevärt ökar komplexiteten i batterisystemet, vilket gör det svårt för nuvarande litium-svavelbatterier att möta behoven av praktiska tillämpningar när det gäller aktivt materialutnyttjande, faktisk energitäthet, cykelstabilitet och säkerhet . Från analysen av ovanstående problem kan man se att rimlig kontroll av den svavelelektrokemiska reaktionsprocessen är det enda sättet att förbättra prestanda hos litium-svavelbatterier. Hur man uppnår effektiv hantering och förbättring av svavelelektrokemi beror på målinriktad design, utveckling och tillämpning av avancerade funktionella material. Bland dem är den mest representativa strategin att utveckla funktionella material med ledande, adsorptions- och katalytiska egenskaper som svavelkatodvärdar eller modifierade separatorer. Genom sin fysiska och kemiska interaktion med litiumpolysulfid är det aktiva materialet begränsat till det positiva elektrodområdet, vilket hämmar upplösning och diffusion och främjar dess elektrokemiska omvandling. Därigenom lindra skytteleffekten och förbättra batteriets energieffektivitet och cykelstabilitet [13,14]. Utifrån denna idé har forskare utvecklat olika typer av funktionella material på ett riktat sätt, inklusive kolmaterial, ledande polymerer, metallorganiska ramverk, metalloxider/sulfider/nitrider etc. Goda resultat har uppnåtts [15,16,17, 18,19].
2 Användning av borbaserade material i litium-svavelbatterier
Bor är det minsta metalloida elementet. Dess lilla atomradie och stora elektronegativitet gör det lätt att bilda metalliska kovalenta föreningar. Boratomer har en typisk elektronbriststruktur och deras valenselektronkonfiguration är 2s22p1. De kan dela en eller flera elektroner med andra atomer genom olika hybridiseringsformer för att bilda multicenterbindningar [20,21]. Dessa egenskaper gör boridstrukturen mycket avstämbar, uppvisar unika och rika kemiska och fysikaliska egenskaper och kan användas i stor utsträckning inom många områden som lätt industri, byggmaterial, nationellt försvar, energi, etc. [22,23]. Som jämförelse är forskningen om borbaserade material i litium-svavelbatterier fortfarande i sin linda. Under de senaste åren har nanoteknologin och karakteriseringsmetoderna fortsatt att utvecklas, och de strukturella egenskaperna hos borbaserade material har kontinuerligt utforskats och utvecklats, vilket gör att deras riktade forskning och tillämpning i litium-svavelsystem också börjar dyka upp. Med tanke på detta fokuserar denna artikel på typiska borbaserade material som borofen, boratomdopat kol, metallborider och icke-metallborider. Den här artikeln går igenom de senaste forskningsframstegen inom litium-svavelbatterier, sammanfattar befintliga problem och ser fram emot framtida utvecklingsriktningar.
2,1 Boren
Som en mycket representativ allotrop bland borelement har borofen en enatomtjock tvådimensionell struktur som liknar grafen. Jämfört med bulkborelement visar det överlägsna elektriska, mekaniska och termiska egenskaper och är en stigande stjärna i tvådimensionella material [24]. Baserat på topologiska skillnader i arrangemanget av boratomer har borofen rika kristallstrukturer och elektroniska egenskaper, såväl som anisotropa ledande egenskaper. Som kan ses från figur 2(a, b), tenderar elektroner i borofen att koncentreras på toppen av boratomer, och dessa elektronpolarisationsregioner har högre bindningsaktivitet. Det förväntas ge bra kemiska adsorptionsställen för polysulfider i litium-svavelbatterisystem [25]. Samtidigt har borofenfilmen god elektrisk ledningsförmåga och fysisk och kemisk stabilitet, så den har god användningspotential i litium-svavelbatterier.
Fig. 2 (a) Strukturella modeller av olika borofener och deras motsvarande laddningstäthetsfördelningar, (b) adsorptionsenergier för polysulfider på olika borofener[25]
Jiang et al. [26] fann genom teoretiska beräkningar att borofen visar stark adsorptionsförmåga för litiumpolysulfid. Men denna starka interaktion kan också lätt utlösa nedbrytningen av Li-S-kluster, vilket resulterar i förlust av svavel, det aktiva materialet. I jämförelse adsorberar ytan av borofen med en inneboende defektstruktur litiumpolysulfid mer skonsamt [27], vilket gör att den kan begränsa skyttelbeteendet samtidigt som man undviker nedbrytning och förstörelse av ringstrukturen. Det förväntas bli ett mer lämpligt litiumpolysulfidadsorptionsmaterial. Samtidigt visar energibandanalysresultaten av borofen-litiumpolysulfidadsorptionsstrukturen att adsorptionsklustren är metalliska, vilket främst beror på borets inneboende metalliska egenskaper och dess starka elektroakustiska kopplingsstyrka. Det förväntas hjälpa den elektrokemiska omvandlingsprocessen av svavel för att få bättre reaktionskinetik [28]. Dessutom har Grixti et al. [29] simulerade diffusionsprocessen av litiumpolysulfidmolekyler på ytan av 12-boren. Det visade sig att 12-boren visade stark adsorption till en serie litiumpolysulfider. De lägsta diffusionsenergibarriärerna för Li2S6- och Li2S4-molekyler i fåtöljriktningen är 0.99 respektive 0.61 eV, vilket är lättare än diffusionen i sicksackriktningen. Tack vare sin goda adsorptionskapacitet och måttliga diffusionsenergibarriär anses 12-boren vara ett utmärkt litiumpolysulfidadsorptionsmaterial, som förväntas undertrycka skytteleffekten i litium-svavelbatterier och förbättra reversibiliteten av svavelelektrokemiska reaktioner.
Men det mesta av den aktuella forskningen om borutspädning i litium-svavelbatterier är fortfarande kvar på det teoretiska prediktionsstadiet, och experimentella bekräftelser rapporteras sällan. Detta beror främst på svårigheten att bereda utspädd bor. Förekomsten av bor förutspåddes på 1990-talet, men det förbereddes faktiskt inte förrän 2015 [30]. En del av anledningen kan vara att bor bara har tre valenselektroner och behöver bilda en ramstruktur för att kompensera för de saknade elektronerna, vilket gör det lättare att bilda en 3D snarare än en 2D-struktur. För närvarande förlitar sig beredningen av bor på tekniker som molekylär strålepitaxi och högvakuum, hög temperatur och andra förhållanden, och synteströskeln är hög [31]. Därför är det nödvändigt att utveckla en enklare och effektivare borutspädd syntesmetod och ytterligare experimentellt utforska och demonstrera dess effekt och relaterade mekanismer i litium-svavelbatterier.
2.2 Boratomer dopat kol
Kemiskt dopade kolmaterial är heta material inom området ny energiforskning. Lämplig elementdopning kan behålla fördelarna med kolmaterial som lätt och hög konduktivitet, samtidigt som de ger dem ytterligare fysikaliska och kemiska egenskaper för att anpassa sig till olika tillämpningsscenarier [32,33]. Kemiskt dopade kolmaterial har studerats i stor utsträckning i litium-svavelbatterier [34,35], bland vilka dopning med mycket elektronegativa atomer som kväveatomer är vanligare. Däremot har bor en elektronbriststruktur och är mindre elektronegativ än kol. Det blir elektropositivt efter att ha införlivats i kolgittret. Det förväntas bilda en god adsorptionseffekt på negativt laddade polysulfidanjoner, och därigenom lindra skytteleffekten [36,37].
Yang et al. [38] använde borodopat poröst kol som ett svavelkatodvärdmaterial och fann att borodopning inte bara förbättrade den elektroniska ledningsförmågan hos kolmaterialet, utan också inducerade positiv polarisering av kolmatrisen. Negativt laddade polysulfidjoner adsorberas och förankras effektivt genom elektrostatisk adsorption och Lewis-interaktion, vilket hämmar deras upplösning och diffusion (Figur 3(a, b)). Därför uppvisar svavelkatoden baserad på borodopat poröst kol högre initial kapacitet och stabilare cyklingsprestanda än rena kol- och kvävedopade prover. Xu et al. [39] erhöll boratomdopat kolnanorör/svavelkompositkatodmaterial (BUCNTs/S) genom en hydrotermisk one-pot-metod. Vätskefas in-situ-syntes gör att svavel fördelas mer likformigt i kompositen, medan boordopning ger det kolbaserade värdmaterialet högre elektrisk ledningsförmåga och starkare svavelfixerande förmåga. Den resulterande BUCNTs/S-elektroden fick en initial kapacitet på 1251 mAh∙g-1 vid 0.2C, och kunde fortfarande behålla en kapacitet på 750 mAh∙g-1 efter 400 cykler. Förutom svavelkatodvärdar spelar bor-dopade kolmaterial också en viktig roll i utformningen av batterifunktionella separatorer. Han et al. [40] belagd lätt borodopad grafen på en traditionell separator för att konstruera ett funktionellt modifieringsskikt, genom att använda dess adsorption och återanvändning av polysulfider för att effektivt lindra skytteleffekten och förbättra utnyttjandegraden av aktiva material.
Fig. 3 (a) Schema för B-dopat kolhuvudkedja, (b) S2p XPS-spektra för svavelkompositer baserade på olika elementdopat poröst kol; och (c) schema för laddning-urladdningsprocess för NBCGN/S-komposit, (d) cykling vid 0.2C och (e) hastighetsprestanda för svavelelektroder baserade på olika elementdopade krökta grafen-nanorband[44]
Med tanke på de grundläggande egenskaperna hos olika dopningselement och deras olika verkningssätt i kolgitterstrukturen är samdopning med flera element en av de viktiga strategierna för att reglera ytkemin hos kolmaterial och förbättra svavelelektrokemiska reaktioner [41, 42, 43]. I detta avseende syntetiserade Kuangs forskargrupp [44] kväve- och borsamdopade grafen-nanoribbons (NBCGN) för första gången genom en hydrotermisk metod som värdmaterial för svavelkatoden, som visas i figur 3(c). Studien fann att den synergistiska effekten av kväve- och borsamdopning inte bara inducerar NBCGN att erhålla större specifik yta, porvolym och högre konduktivitet, utan hjälper också till att fördela svavel i katoden jämnt. Ännu viktigare är att bor och kväve fungerar som elektronbristande och elektronrika centra i det samdopade systemet. Den kan bindas till Sx2- respektive Li+ genom Lewis-interaktioner, och därigenom adsorbera litiumpolysulfid mer effektivt och avsevärt förbättra batteriets cykel- och hastighetsprestanda (Figur 3(d, e)). Baserat på liknande dopningsstrategier av hög- och lågelektronegativitetselement. Jin et al. [45] preparerade bor- och syresamdopade flerväggiga kolnanorörsvärdmaterial med borsyra som dopningsmedel. Det resulterande batteriet bibehåller fortfarande en specifik kapacitet på 937 mAh∙g-1 efter 100 cykler, vilket är betydligt bättre än batteriets prestanda baserat på vanliga kolrör (428 mAh∙g-1). Utöver det har forskare även prövat andra samdopningsformer. Inklusive borosilikat samdopad grafen [46], koboltmetall och borkväve samdopad grafen [47], etc., har effektivt förbättrat batteriprestanda. Den synergistiska effekten av de samdopade komponenterna spelar en avgörande roll för att förbättra den elektrokemiska svavelreaktionen.
Borelementdopning kan effektivt förbättra den inneboende konduktiviteten och ytkemiska polariteten hos kolmaterial, stärka kemisk adsorption och hämma skyttelbeteendet hos litiumpolysulfid, och därigenom förbättra svavelelektrokemisk reaktionskinetik och stabilitet och förbättra batteriprestanda. Trots detta finns det fortfarande många problem i forskningen om borodopade kolmaterial i litium-svavelbatterier, som behöver utforskas och analyseras ytterligare. Till exempel påverkan av bordopningsmängd och dopningskonfiguration på konduktiviteten, ytladdningsfördelningen och adsorptionsbeteendet hos litiumpolysulfid av kolmaterial. Samtidigt beror hur man erhåller kolmaterial med höga borodopningsnivåer och hur man exakt kontrollerar dopningskonfigurationen på utvecklingen av avancerade beredningsmetoder och teknologier. Dessutom, för samdopade system med flera element, behöver mer lämpliga kombinationer av dopningselement fortfarande undersökas ytterligare. Upprätta ett systematiskt struktur-aktivitetsförhållande för att klargöra den samdopade strukturens synergistiska effektmekanism och dess inverkan på läget och intensiteten av värd-gästinteraktioner i svavelelektrokemi.
2.3 Metallkanter
Metallföreningar har alltid varit en forskningshotspot för funktionella material i litium-svavelbatterier på grund av deras inneboende kemiska polaritetsegenskaper och goda morfologiska och strukturella plasticitet. Det skiljer sig från vanliga metalloxider, sulfider, nitrider och andra joniska föreningar. Metallborider är vanligtvis sammansatta av bor och metallelement baserade på kovalenta bindningar, och deras fyllda struktur ärver en del av metalliciteten. Den uppvisar mycket högre konduktivitet än andra metallföreningar (Figur 4) [48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56], och kan ge en snabb tillförsel av elektroner för elektrokemiska reaktioner [57]. Samtidigt finns det en lokal begränsad jonbindningspolär struktur mellan metall och bor, vilket kan ge bra adsorptionsställen för polysulfider [58,59]. Dessutom försvagas stabiliteten hos starkt elektronegativt bor efter legering med övergångsmetaller, och det är lättare att delta i redoxreaktioner. Detta gör det möjligt för metallborider att delta i litium-svavelelektrokemiska reaktioner genom ytreaktioner som mediator [60].
Fig. 4 Konduktivitetsjämförelse med flera kategorier av metallföreningar[48,49,50,51,52,53,54,55,56]
Guan et al. [61] preparerade ett värdmaterial för svavelkatoder genom att ladda amorfa Co2B-nanopartiklar på grafen med en metod för reduktion av vätskefas. Studier har funnit att både bor och kobolt kan fungera som adsorptionsställen för att kemiskt förankra litiumpolysulfid, och därigenom hämma dess upplösning och migration. Tillsammans med den utmärkta långdistanskonduktiviteten hos grafen har batteriet fortfarande en urladdningsspecifik kapacitet på 758 mAh·g-1 efter 450 cykler vid 1C-hastighet, och kapacitetsavklingningshastigheten per cykel är { {26}}.029 %, visar utmärkt cykelprestanda. Baserat på en liknande synergistisk adsorptionseffekt har Co2B@CNT-kompositmaterialet, som används som en funktionell separator för litium-svavelbatterier, en adsorptionskapacitet på Li2S6 så hög som 11,67 mg∙m-2 [62], vilket kan blockerar effektivt diffusionen och penetrationen av polysulfider och uppnår syftet att hämma skytteleffekten. På denna grund, Guan et al. [63] använde vidare tvådimensionell metallkarbid (MXene) som en bärare för att framställa ett Co2B@MXene heteroövergångskompositmaterial (Figur 5(a~d)). Genom teoretiska beräkningar fann man att den elektroniska interaktionen vid heterojunction-gränssnittet leder till överföring av elektroner från Co2B till MXene. Denna effekt förbättrar adsorptionen och den katalytiska förmågan hos Co2B för polysulfider (Figur 5(a, b)). Därför är kapacitetens blekningshastighet för batteriet baserat på Co2B@MXene funktionellt modifierad separator under 2000 cykler endast 0,0088% per cykel. Och vid en svavelbelastning på 5,1 mg∙cm-2 är den specifika kapaciteten fortfarande så hög som 5,2 mAh∙cm-2 (Figur 5(c,d)). Det bör noteras att jämfört med kristallina fasstrukturer är denna typ av amorfa fasmetallboridmaterial skonsammare och enklare vid materialberedning. Styrbarheten och stabiliteten hos dess atomära och molekylära struktur är dock relativt dålig, vilket utgör ett stort hinder för att klargöra dess komponenter och mikrostruktur, och utforska dess inverkansmekanism på den svavelelektrokemiska reaktionsprocessen.
Fig. 5 (a) Li2S4-adsorptionskonfigurationer på Co2B- och Co2B@MXene-ytor, (b) schema för elektronomfördelningen vid gränssnitten mellan Co2B och MXene, (c) cyklingsprestanda för celler baserade på Co2B@MXene och andra separatorer, ( d) långvarig cykelprestanda för Co2B@MXene-cellen[63]; (e) schematisk illustration av ytkemisk inneslutning av polysulfider på TiB2, (f) adsorptionskonfigurationer och (g) energier av svavelarter på (001) och (111) ytor av TiB2, (h) högbelastningsprestanda och (i) ) långvarig cykling av TiB2-baserad svavelelektrod[63,65]
TiB2 är en klassisk metallborid med utmärkt elektrisk ledningsförmåga (~106 S∙cm-1) och används i stor utsträckning inom områden som ledande keramik, precisionsbearbetning och elektrokemiska enheter. TiB2 har en typisk hexagonal struktur och har hög hårdhet och strukturell elasticitet, vilket hjälper till att anpassa sig till volymförändringen av svavelreaktionen. Samtidigt förväntas det stora antalet omättade strukturer på dess yta bilda en stark gränsytekemisk interaktion med litiumpolysulfid [64], och därigenom uppnå goda adsorptions- och inneslutningseffekter. Li et al. [65] rapporterade först att TiB2 användes som värdmaterial för svavelkatoder. Såsom visas i figur 5(t.ex.) är ytan av TiB2 delvis sulfuriserad under den termiska blandningsprocessen med S. Litiumpolysulfiden som produceras under reaktionen adsorberas effektivt genom van der Waals-krafter och Lewis-syra-bas-interaktioner, och effekten av denna mekanism är mer signifikant på (001)-ytan. Den erhållna svavelkatoden erhöll en stabil cykel på 500 cykler vid 1C-hastighet, och samtidigt bibehöll den specifika kapaciteten fortfarande 3,3 mAh∙cm-2 efter 100 cykler vid en svavelbelastning på 3,9 mg∙cm{{19 }}. visade god elektrokemisk prestanda (Figur 5(h, i)). Baserat på resultaten av XPS-analys och teoretiska beräkningar, bör den utmärkta litiumpolysulfidadsorptionseffekten av TiB2 tillskrivas dess "passiverings"-mekanism på ytan. Dessutom jämförde Lus forskargrupp [66] adsorptionseffekterna av TiB2, TiC och TiO2 på litiumpolysulfid och undersökte konkurrensmekanismen mellan motsvarande kemiska adsorption och solvatiseringsdesorption. Resultaten visar att bor med lägre elektronegativitet gör att TiB2 har starkare adsorptionskapacitet, och i kombination med eterelektrolyt med svag solvatiseringskapacitet kan det effektivt förbättra svavelutnyttjandet och förbättra reversibiliteten av elektrokemiska reaktioner. Med tanke på detta har TiB2 också använts för att konstruera multifunktionella separatorer [67], som effektivt adsorberar, förankrar och återanvänder aktiva material, vilket avsevärt förbättrar battericykelns stabilitet. Kapaciteten kan bibehålla 85 % av initialvärdet efter 300 cykler vid 0,5C.
I likhet med TiB2 har MoB god konduktivitet och dess inneboende tvådimensionella struktur bidrar till att helt exponera adsorptionsställena och förväntas bli en bra svavelkatodkatalysator [68]. Manthiram-forskargruppen vid University of Texas i Austin [69] använde Sn som ett reduktionsmedel och syntetiserade MoB-nanopartiklar genom en fastfasmetod, som visade god adsorption och katalytisk förmåga för litiumpolysulfid. MoB har en hög elektronisk konduktivitet (1,7×105 S∙m-1), vilket kan ge en snabb tillförsel av elektroner för svavelreaktioner; samtidigt bidrar de hydrofila ytegenskaperna hos MoB till elektrolytvätning och hjälper den snabba transporten av litiumjoner. Detta säkerställer användningen av aktiva material under magra elektrolytförhållanden; Dessutom kan MoB i nanostorlek helt exponera de katalytiska aktiva platserna inducerade av elektronbristande boratomer, vilket gör att materialet kan ha både utmärkt inneboende och uppenbar katalytisk aktivitet. Baserat på dessa fördelar, även om MoB tillsätts i en liten mängd, kan det förbättra den elektrokemiska prestandan avsevärt och visa avsevärd användbarhet. Det resulterande batteriet har en kapacitetsdämpning på endast 0,03 % per cykel efter 1,000 cykler med 1C-hastighet. Och vid en svavelbelastning på 3,5 mg∙cm-2 och ett förhållande mellan elektrolyt och svavel (E/S) på 4,5 mL∙g-1, uppnåddes utmärkta battericykelprestanda för mjuka paket. Dessutom använde forskargruppen Nazar [70] lättvikts MgB2 som elektrokemiskt omvandlingsmedium för litiumpolysulfid. Det visade sig att både B och Mg kan fungera som adsorptionsställen för polysulfidanjoner, stärka elektronöverföring och uppnå bättre cyklisk stabilitet vid hög svavelbelastning (9,3 mg∙cm-2).
Dessa arbeten illustrerar till fullo effektiviteten och överlägsenheten hos metallborider för att förbättra svavelelektrokemiska reaktioner. Men jämfört med system som metalloxider och sulfider finns det fortfarande relativt få forskningsrapporter om metallborider i litium-svavelbatterier, och forskningen om material och relaterade mekanismer behöver också utökas och fördjupas. Dessutom har kristallina metallborider vanligtvis hög strukturell styrka, och beredningsprocessen kräver att man korsar höga energibarriärer och involverar hög temperatur, högt tryck och andra svåra förhållanden, vilket begränsar deras forskning och tillämpning. Därför är utvecklingen av enkla, milda och effektiva metallboridsyntesmetoder också en viktig riktning inom metallboridforskning.
2.4 Icke-metallborider
Jämfört med metallborider är icke-metallborider vanligtvis mindre täta och lättare, vilket är fördelaktigt för utvecklingen av batterier med hög energidensitet; deras lägre konduktivitet skapar emellertid motstånd mot effektiviteten och kinetiken för elektrokemiska svavelreaktioner. För närvarande har forskare gjort vissa framsteg med att konstruera svavelfixerande material för litium-svavelbatterier baserade på icke-metallborider inklusive bornitrid, borkarbid, borfosfid och borsulfid [71, 72, 73].
Bornitrid (BN) och borkarbid (BC) är de två mest representativa och allmänt studerade icke-metallboriderna. BN är sammansatt av kväveatomer och boratomer växelvis sammankopplade, och inkluderar huvudsakligen fyra kristallformer: hexagonal, trigonal, kubisk och leurit [74]. Bland dem uppvisar hexagonal bornitrid (h-BN) egenskaper som brett bandgap, hög värmeledningsförmåga och god termisk och kemisk stabilitet på grund av dess grafitliknande tvådimensionella struktur och lokaliserade elektroniska polarisationsegenskaper [75,76]. BN-strukturen har uppenbara polära egenskaper och har stark kemisk adsorptionskapacitet för litiumpolysulfid. Samtidigt kan ytkemiska egenskaper kontrolleras genom elementdopning och topologisk defektkonstruktion för att säkerställa stabiliteten hos polysulfidmolekylstrukturen samtidigt som dess adsorptionsstyrka förbättras [77]. Baserat på denna idé, Yi et al. [78] rapporterade en kvävefattig fålagers bornitrid (v-BN) som värdmaterial för svavelkatoder (Figur 6(a)). Studier har funnit att de elektropositiva vakanserna i v-BN inte bara hjälper till att fixera och omvandla polysulfider, utan också accelererar diffusionen och migrationen av litiumjoner. Jämfört med original-BN har den v-BN-baserade katoden en högre initial kapacitet vid 0.1C (1262 vs 775 mAh∙g-1), och kapacitetsavklingningshastigheten efter 5{{24} }0 cykler vid 1C är endast 0,084 % per cykel. Uppvisar god cykelstabilitet. Dessutom har He et al. [79] fann att O-dopning ytterligare kan förbättra den kemiska polariteten hos BN-ytan, få materialet att bilda en större specifik yta och samtidigt förbättra de inneboende och skenbara adsorptionsegenskaperna.
Fig. 6 (a) TEM-bild och schematisk atomstruktur för v-BN[78]; (b) Schema för g-C3N4/BN/grafenkompositjon-sikt och (c) motsvarande Li-S-cellcykelprestanda[80]; (d) Schematisk och optisk bild av BN/Celgard/kol treskiktsseparator, och (e) motsvarande cellcykelprestanda[83]; (f) Schema och (g) SEM-bild av B4C@CNF och modellen av B4C nanotråd, (h) Li2S4-adsorptionsenergier på olika aspekter av B4C[87]
Även om BN-material har goda kemiska adsorptionsegenskaper, är dess egen dåliga ledningsförmåga inte gynnsam för reaktiv laddningsöverföring. Därför är utformningen av kompositstrukturer med ledande material ett viktigt sätt att ytterligare förbättra deras omfattande adsorption och katalytiska prestanda. Med hänsyn härtill har Deng et al. [80] designade en kompositjonsikt baserad på grafitliknande kolnitrid (g-C3N4), BN och grafen som ett multifunktionellt mellanlager för litium-svavelbatterier (Figur 6(b)). Bland dem kan de 0.3 nm-stora ordnade jonkanalerna i g-C3N4-strukturen effektivt blockera polysulfider och tillåta litiumjoner att passera igenom. BN fungerar som en reaktionskatalysator för att främja omvandlingen av polysulfider, och grafen fungerar som en inbyggd strömavtagare för att ge utmärkt ledningsförmåga på lång räckvidd. . Tack vare den synergistiska effekten av dessa tre tvådimensionella komponenter kan det resulterande batteriet stabilt cykla i mer än 500 cykler vid en hög svavelbelastning på 6 mg∙cm-2 och en hastighet på 1C (Figur 6(c)). Dessutom har forskare försökt att applicera ett tunt lager av BN nanosheet/grafenkompositfilm på katodens yta som ett skyddande lager i en enklare och mer direkt form [81,82]. Det hämmar effektivt upplösningen och diffusionen av litiumpolysulfid och förbättrar avsevärt svavelkatodens specifika kapacitet och cykelstabilitet. Under 1000 cykler vid 3C är kapacitetsdämpningshastigheten endast 0,0037 % per cykel. Intressant nog antog forskargruppen Ungyu Paik vid Hanyang University [83] en annan kombination av idéer för att konstruera en multifunktionell separator med en BN/Celgard/kolsandwichstruktur. Såsom visas i figur 6(d) är det kolhaltiga skiktet och BN-skiktet belagt på de positiva och negativa elektrodsidorna av den vanliga separatorn. Bland dem kan kolskiktet och BN-skiktet tillsammans blockera skytteln av litiumpolysulfid och begränsa dess diffusion till ytan av den negativa elektroden. Samtidigt begränsar BN-skiktet på den negativa elektrodsidan också tillväxten av litiumdendriter. Tack vare denna samverkande skyddsmekanism har batteriet en hög kapacitetsretentionsgrad (76,6%) och specifik kapacitet (780,7 mAh∙g-1) efter 250 cykler vid 0,5C. Betydligt bättre än vanliga separatorer och rena kolmodifierade separatorer (Figur 6(e)).
Jämfört med N har C en lägre elektronegativitet, så elektronegativitetsskillnaden mellan B och C är liten, vilket resulterar i en svagare kemisk polaritet hos BC-strukturen jämfört med NC. Men samtidigt förstärks elektrondelokaliseringen i BC-strukturen och konduktiviteten är bättre [84,85]. Därför visar BC generellt relativt komplementära fysikaliska och kemiska egenskaper till BN. Den har låg densitet, relativt god ledningsförmåga och goda katalytiska egenskaper och har lovande tillämpningsmöjligheter inom energiområdet [86]. Luo et al. [87] odlade nanotrådar av borkarbid (B4C@CNF) in situ på kolfibrer som katodvärdmaterial (Figur 6(f~h)). Bland dem adsorberar och begränsar B4C effektivt polysulfider genom BS-bindning. Samtidigt hjälper dess ledande nätverk av kolfiber det adsorberade svavlet att snabbt omvandlas och förbättrar reaktionskinetiken. Den erhållna svavelkatoden har en kapacitetsretention på 80% efter 500 cykler och kan uppnå stabil cykling under hög svavelhalt (massfraktion 70%) och lastkapacitet (10,3 mg∙cm{ {16}}). Song et al. [88] konstruerade en superbegränsad svavelvärdstruktur runt B4C. Strukturen använder aktivt poröst bomullstyg kol som den flexibla matrisen, B4C nanofibrer som det aktiva skelettet och reducerad grafenoxid för ytterligare beläggning. Kombinerar effektivt fysisk och kemisk inneslutning, lindrar förlusten av aktiva substanser och uppnår utmärkt cykelstabilitet. Med tanke på de goda adsorptions- och katalytiska egenskaperna hos B4C, distribuerade Zhaos forskargrupp [89] B4C-nanopartiklar i kolfibertyg jämnt genom en in-situ katalytiskt assisterad tillväxtmetod för att effektivt sprida och exponera aktiva platser. Den erhållna svavelkatoden har en initial kapacitet på upp till 1415 mAh∙g-1 (0,1C) vid en belastning på 3,0 mg∙cm-2 och en ultralång livslängd på 3000 cykler vid 1C, vilket visar goda ansökningsmöjligheter.
Det kan ses av ovanstående att icke-metallborid har en god adsorption och katalytisk effekt på litiumpolysulfid, men dess konduktivitet är relativt låg, och en ledande bärare behövs fortfarande för att hjälpa den elektrokemiska svavelreaktionen. Bland dem gör skillnaden i den elektroniska strukturen hos intilliggande N- och C-atomer att BN- och BC-material har sina egna fördelar och nackdelar när det gäller ledningsförmåga och interaktion med litiumpolysulfid. Med tanke på detta, i kombination med borsulfid, borfosfid, boroxid, etc., kan denna typ av icke-metallborid användas som en bra bärare och plattform för att studera struktur-aktivitetssambandet mellan lokal kemisk polär struktur och adsorptionskatalytikum. förmåga. Det förväntas att ytterligare systematisk korrelation och analys kommer att hjälpa till att förstå de relevanta mikroskopiska reaktionsprocesserna, reglera den fina strukturen hos material och förbättra batteriernas elektrokemiska prestanda. Dessutom måste den fortsatta tillämpningen och utvecklingen av icke-metallborider i litium-svavelbatterier fortfarande förlita sig på förbättring och optimering av deras framställning. Utveckla enkla och milda beredningsteknologier, samtidigt som du utvecklar materialstrukturer med högre inneboende konduktivitet och designar mer effektiva kompositmaterial för att balansera och ta hänsyn till konduktivitet, adsorption och katalytiska effekter.
3 Slutsats
Sammanfattningsvis har litium-svavelbatterier hög teoretisk energitäthet på grund av deras multi-elektronöverföringsreaktioner. Emellertid hindrar deras omvandlingsreaktionsmekanism och den inneboende svaga ledningsförmågan hos de aktiva materialen förverkligandet av fördelarna. Borbaserade material har unika fysikaliska och kemiska egenskaper och elektrokemiska egenskaper. Deras riktade design och rationella tillämpning är effektiva sätt att lindra skytteleffekten av litium-svavelbatterier och förbättra reaktionskinetiken och reversibiliteten. De har utvecklats snabbt de senaste åren. Forskningen och tillämpningen av borbaserade material i litium-svavelbatterier är dock fortfarande i sin linda, och materialstrukturens design och dess verkningsmekanism på batteriets elektrokemiska reaktionsprocess måste utvecklas och utforskas ytterligare. Genom att kombinera materialegenskaperna och ovanstående forskningsframsteg anser författaren att den framtida utvecklingen av borbaserade material i litium-svavelbatterier bör ägna mer uppmärksamhet åt följande riktningar:
1) Materialsyntes. Syntetiska preparat är ett vanligt problem som de ovan nämnda borbaserade materialen står inför. Det finns ett akut behov av att utveckla enklare, mildare och effektivare materialberedningsmetoder för att ge en materiell grund för mekanismforskning och applikationsfrämjande. Bland dem är framställningen av amorfa metallborider genom vätskefasreduktionsmetod en lovande utvecklingsriktning. Samtidigt kan det genom att dra nytta av dess fördelar och erfarenheter, utforska och utveckla syntetiska vägar baserade på solvotermiska eller smälta saltmetoder också ge nya idéer för framställning av borbaserade material. Dessutom, under beredningsprocessen av borid, måste särskild uppmärksamhet ägnas åt kontroll och design av nanostruktur och dess stabilitet för att möta behoven hos gränssnittsreaktionsegenskaperna hos litium-svavelbatterier.
2) Mekanismutforskning. Borbaserade material har unika och rika ytkemiska egenskaper. In-situ karakteriseringsmetoder bör användas för att ytterligare studera värd-gäst-interaktioner mellan borbaserade material och polysulfider. Särskild uppmärksamhet bör ägnas åt irreversibel sulfatering på ytan, självelektrokemisk oxidation och reduktion, etc., för att avslöja de avgörande strukturella faktorerna för dess adsorptions- och katalytiska förmåga, och för att tillhandahålla teoretisk vägledning och grund för målinriktad design och utveckling av material. Dessutom, för de representativa amorfa metallboriderna, är det nödvändigt att ägna särskild uppmärksamhet åt skillnaderna i mikrostruktur och relaterade fysikaliska och kemiska egenskaper mellan amorfa och kristallina borider, och samarbeta med utvecklingen av motsvarande tekniker för strukturanalys och egenskapskarakteriseringsanalys. Undvik att dra slutsatser om interaktionen mellan amorfa material, litiumpolysulfid och dess reaktionsprocess enbart baserat på den kristallina strukturen.
3) Prestationsutvärdering. För att optimera material- och batteriutvärderingssystemet, samtidigt som svavelytbelastningen ökar, bör mer uppmärksamhet ägnas åt att reglera nyckelparametrar som elektrodens tjocklek och porositet för att samtidigt förbättra elektrodens kvalitet och volymetriska energitäthet. Dessutom har de elektrokemiska egenskaperna under förhållanden med låg elektrolytdosering (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.
Sammanfattningsvis fokuserar denna artikel på borbaserade material och granskar de senaste forskningsframstegen för borofen, boratomdopat kol, metallborider och icke-metallborider i litium-svavelbatterisystem. Jag hoppas att det kan ge referens och inspiration till kollegor, utöka utvecklingen och tillämpningen av borbaserade material inom området ny energi och främja den praktiska utvecklingen av litium-svavelbatterier.
Referenser
[1] DUNN B, KAMATH H, TARASCON J M. Lagring av elektrisk energi för nätet: ett batteri av val. Science, 2011,334(6058):928-935.
[2] ARICO AS, BRUCE P, SCROSATI B, et al. Nanostrukturerade material för avancerad energiomvandling och lagringsenheter. Nature Materials, 2005,4(5):366-377.
[3] LIANG YR, ZHAO CZ, YUAN H, et al. En recension av laddningsbara batterier för bärbara elektroniska enheter. InfoMat, 2019,1(1):6-32.
[4] GOODENOUGH JB, PARK K S. Det uppladdningsbara litiumjonbatteriet: ett perspektiv. Journal of the American Chemical Society, 2013,135(4):1167-1176.
[5] TARASCON JM, ARMAND M. Problem och utmaningar som laddningsbara litiumbatterier står inför. Nature, 2011,414:171-179.
[6] JIN GY, HE HC, WU J, et al. Koboltdopat ihåligt kolramverk som svavelvärd för katoden på litiumsvavelbatteri. Journal of Inorganic Materials, 2021,36(2):203-209.
[7] FANG R, ZHAO SY, SUN ZH, et al. Mer pålitliga litium-svavelbatterier: tatus, lösningar och framtidsutsikter. Advanced Materials, 2017,29(48):1606823.
[8] HU JJ, LI GR, GAO X P. Nuvarande status, problem och utmaningar i litium-svavelbatterier. Journal of Inorganic Materials, 2013,28(11):1181-1186.
[9] LI GR, WANG S, ZHANG YN, et al. Återbesök polysulfiders roll i litium-svavelbatterier. Advanced Materials, 2018,30(22):1705590.
[10] PENG HJ, HUANG JQ, ZHANG Q. En recension av flexibla litium-svavel och analoga alkalimetall-kalkogen uppladdningsbara batterier. Chemical Society Reviews, 2017,46(17):5237-5288.
[11] JANA M, XU R, CHENG XB, et al. Rationell design av tvådimensionella nanomaterial för litium-svavelbatterier. Energy & Environmental Science, 2020,13(4):1049-1075.
[12] HE JR, MANTHIRAM A. En översyn av status och utmaningar för elektrokatalysatorer i litium-svavelbatterier. Energilagringsmaterial, 2019,20:55-70.
[13] SEH ZW, SUN YM, ZHANG QF, et al. Designa högenergilitium-svavelbatterier. Chemical Society Reviews, 2016,45(20):5605-5634.
[14] JI XL, EVERS S, BLACK R, et al. Stabilisering av litium-svavelkatoder med användning av polysulfidreservoarer. Nature Communications, 2011,2:325.
[15] ZHANG Z, KONG LL, LIU S, et al. En högeffektiv svavel/kol-komposit baserad på 3D-grafen nanosheet@carbon nanorörmatris som katod för litium-svavelbatteri. Advanced Energy Materials, 2017,7(11):1602543.
[16] XU WC, PAN XX, MENG X, et al. Ett ledande svavelvärdande material som involverar ultrafina vanadinnitrid-nanopartiklar för högpresterande litium-svavelbatteri. Electrochemica Acta, 2020,331:135287.
[17] LIU YT, LIU S, LI GR, et al. Svavelkatod med hög volymetrisk energitäthet med tung och katalytisk metalloxidvärd för litium-svavelbatteri. Advanced Science, 2020,7(12):1903693.
[18] CHEN HH, XIAO YW, CHEN C, et al. Konduktiv MOF-modifierad separator för att mildra skytteleffekten av litium-svavelbatterier genom en filtreringsmetod. 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 molekylärt utformad, hierarkisk porös kemikaliefälla för polysulfider i litium-svavelbatterier. Nano Letters, 2016,16(5):3292-3300.
[20] HU Y, LIU C. Introduktion av 1,2-migrering för organoboronföreningar. University Chemistry, 2019,34(12):39-44.
[21] SOREN KM, SUNING W. Bor-baserade stimuli responsiva material. Chemical Society Reviews, 2019,48(13):3537-3549.
[22] HUANG ZG, WANG SN, DEWHURST RD, et al. Bor: dess roll i energirelaterade processer och tillämpningar. Angewandte Chemie International Edition, 2020,59(23):8800-8816.
[23] ZHU YH, GAO SM, HOSMANE N S. Borberikade avancerade energimaterial. Inorganica Chimica Acta, 2017,471:577-586.
[24]KHAN K, TAREEN AK, ASLAM M, et al. Syntes, egenskaper och nya elektrokatalytiska tillämpningar av 2D-borofenxenerna. Progress in Solid State Chemistry, 2020,59:100283.
[25] RAO DW, LIU XJ, YANG H, et al. Gränssnittskonkurrens mellan en borofenbaserad katod och elektrolyt för immobilisering av multipelsulfid av ett litiumsvavelbatteri. Journal of Materials Chemistry A, 2019,7(12):7092-7098.
[26] JIANG HR, SHYY W, LIU M, et al. Borofen och defekt borofen som potentiella förankringsmaterial för litium-svavelbatterier: en första principstudie. Journal of Materials Chemistry A, 2018,6(5):2107-2114.
[27] ZHANG CY, HE Q, CHU W, et al. Övergångsmetaller dopade borofen-grafen heterostruktur för robust polysulfid förankring: en första principstudie. Applied Surface Science, 2020,534:147575.
[28] ZHANG L, LIANG P, SHU HB, et al. Borofen som effektiva svavelvärdar för litium-svavelbatterier: undertrycker skytteleffekten och förbättrar konduktiviteten. Journal of Physical Chemistry C, 2017,121(29):15549-15555.
[29] GRIXTI S, MUKHERJEE S, SINGH C V. Tvådimensionell bor som ett imponerande litium-svavelbatteri katodmaterial. Energilagringsmaterial, 2018,13:80-87.
[30] MANNIX AJ, ZHOU XF, KIRALY B, et al. Syntes av borofener: anisotropa, tvådimensionella borpolymorfer. Science, 2015,350(6267):1513-1516.
[31] FENG BJ, ZHANG J, ZHONG Q, et al. Experimentell realisering av tvådimensionella borark. Nature Chemistry, 2016,8(6):564-569.
[32] PARAKNOWITSCH JP, THOMAS A. Doping av kol utanför kväve: en översikt över avancerade heteroatomdopade kol med bor, svavel och fosfor för energitillämpningar. Energy & Environmental Science, 2013,6(10):2839-2855.
[33] WANG HB, MAIYALAGAN T, WANG X. Genomgång av de senaste framstegen inom kvävedopad grafen: syntes, karakterisering och dess potentiella tillämpningar. ACS Catalysis, 2012,2(5):781-794.
[34] XIE Y, MENG Z, CAI TW, et al. Effekt av bor-dopning på grafen aerogelen som används som katod för litiumsvavelbatteriet. ACS Applied Materials & Interfaces, 2015,7(45):25202-25210.
[35] SHI PC, WANG Y, LIANG X, et al. Samtidigt exfolierade borodopade grafenark för att kapsla in svavel för applikationer i litium-svavelbatterier. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2018,6(8):9661-9670.
[36] YANG LJ, JIANG SJ, ZHAO Y, et al. Bordopade kolnanorör som metallfria elektrokatalysatorer för syrereduktionsreaktionen. Angewandte Chemie International Edition, 2011,50(31):7132-7135.
[37] AI W, LI JW, DU ZZ, et al. Dubbel inneslutning av polysulfider i bordopad porös kolsfär/grafenhybrid för avancerade Li-S-batterier. Nano Research, 2018,11(9):4562-4573.
[38] YANG CP, YIN YX, YE H, et al. Insikt i effekten av bordoping på svavel/kolkatod i litium-svavelbatterier. ACS Applied Materials & Interfaces, 2014,6(11):8789-8795.
[39] XU CX, ZHOU HH, FU CP, et al. Hydrotermisk syntes av borodopade upplåsta kolnanorör/svavelkomposit för högpresterande litium-svavelbatterier. Electrochemica Acta, 2017,232:156-163.
[40] HAN P, MANTHIRAM A. Bor- och kvävedopade reducerade grafenoxidbelagda separatorer för högpresterande Li-S-batterier. Journal of Power Sources, 2017,369:87-94.
[41] HOU TZ, CHEN X, PENG HJ, et al. Designprinciper för heteroatomdopade nanokol för att uppnå stark förankring av polysulfider för litium-svavelbatterier. Small, 2016,12(24):3283-3291.
[42] XIONG DG, ZHANG Z, HUANG XY, et al. Öka polysulfidinneslutningen i B/N-kodopade hierarkiskt porösa nanoskivor av kol via Lewis syra-bas-interaktion för stabila Li-S-batterier. Journal of Energy Chemistry, 2020,51:90-100.
[43] YUAN SY, BAO JL, WANG LN, et al. Grafenstödd kväve- och borrik kolskikt för förbättrad prestanda hos litium-svavelbatterier på grund av förbättrad kemisorption av litiumpolysulfider. Advanced Energy Materials, 2016,6(5):1501733.
[44] CHEN L, FENG JR, ZHOU HH, et al. Hydrotermisk beredning av kväve, borsamdopade böjda grafennanorband med höga mängder dopmedel för högpresterande litiumsvavelbatterikatoder. Journal of Materials Chemistry A, 2017,5(16):7403-7415.
[45] JIN CB, ZHANG WK, ZHUANG ZZ, et al. Förbättrad sulfidkemisorption med bor och syre dubbeldopade flerväggiga kolnanorör för avancerade litium-svavelbatterier. Journal of Materials Chemistry A, 2017,5(2):632-640.
[46] ULLAH S, DENIS PA, SATO F. Ovanlig förbättring av adsorptionsenergierna för natrium och kalium i svavel-kväve och kisel-bor samdopad grafen. ACS Omega, 2018,3(11):15821-15828.
[47] ZHANG Z, XIONG DG, SHAO AH, et al. Integrering av metallisk kobolt och N/B-heteroatomer i porösa nanoskivor av kol som en effektiv svavelimmobilisator för litium-svavelbatterier. Carbon, 2020,167:918-929.
[48] WANG P, KUMAR R, SANKARAN EM, et al. Vanadindiborid (VB2) syntetiserat vid högt tryck: elastiska, mekaniska, elektroniska och magnetiska egenskaper och termisk stabilitet. Inorganic Chemistry, 2018,57(3):1096-1105.
[49] HE GJ, LING M, HAN XY, et al. Självstående elektroder med kärna-skal-strukturer för högpresterande superkondensatorer. Energilagringsmaterial, 2017,9:119-125.
[50] WANG CC, AKBAR SA, CHEN W, et al. Elektriska egenskaper hos högtemperaturoxider, borider, karbider och nitrider. Journal of Materials Science, 1995,30(7):1627-1641.
[51] XIAO ZB, YANG Z, ZHANG LJ, et al. Sandwich-typ NbS2@S@I-dopad grafen för högsvavelladdade, ultrahöga och långlivade litiumsvavelbatterier. ACS Nano, 2017,11(8):8488-8498.
[52] WANG LJ, LIU FH, ZHAO BY, et al. Kolnanobowls fyllda med MoS2 nanosheets som elektrodmaterial för superkondensatorer. ACS Applied Nano Materials, 2020,3(7):6448-6459.
[53] BALACH J, LINNEMANN J, JAUMANN T, et al. Metallbaserade nanostrukturerade material för avancerade litium-svavelbatterier. Journal of Materials Chemistry A, 2018,6(46):23127-23168.
[54] BEN-DOR L, SHIMONY Y. Kristallstruktur, magnetisk känslighet och elektrisk ledningsförmåga hos ren och NiO-dopad MoO2 och 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-baserade oxider som anodmaterial för litiumjonbatterier. Progress in Chemistry, 2015,27(2/3):297-309.
[57] TAO Q, MA SL, CUI T, et al. Strukturer och egenskaper hos funktionella övergångsmetallborider. Acta Physica Sinica, 2017,66(3):036103.
[58] SHEN YF, XU C, HUANG M, et al. Forskningsframsteg av borkluster, boran och metalldopade borföreningar. Progress in Chemistry, 2016,28(11):1601-1614.
[59] GUPTA S, PATEL MK, MIOTELLO A, et al. Metallboridbaserade katalysatorer för elektrokemisk vattenklyvning: en översyn. Advanced Functional Materials, 2020,30(1):1906481.
[60] WU F, WU C. Nya sekundära batterier och deras nyckelmaterial baserade på konceptet multielektronreaktion. Chinese Science Bulletin, 2014,59(27):3369-3376.
[61] GUAN B, FAN LS, WU X, et al. Den enkla syntesen och förbättrade litium-svavelbatteriets prestanda hos en amorf koboltborid (Co2B)@grafenkompositkatod. Journal of Materials Chemistry A, 2018,6(47):24045-24049.
[62] GUAN B, ZHANG Y, FAN LS, et al. Blockerar polysulfid med Co2B@CNT via "synergetisk adsorptionseffekt" mot ultrahög kapacitet och robust litium-svavelbatteri. ACS Nano, 2019,13(6):6742-6750.
[63] GUAN B, SUN X, ZHANG Y, et al. Upptäckten av elektronisk interaktion inom gränssnitt inom koboltborid@MXene för högpresterande litium-svavelbatterier. Chinese Chemical Letters, 2020,32(7):2249-2253.
[64] BASU B, RAJU GSURI A. Bearbetning och egenskaper hos monolitiska TiB2-baserade material. International Materials Reviews, 2006,51(6):352-374.
[65] LI CC, LIU XB, ZHU L, et al. Konduktiv och polär titanborid som svavelvärd för avancerade litium-svavelbatterier. Chemistry of Materials, 2018,30(20):6969-6977.
[66] LI ZJ, JIANG HR, LAI NC, et al. Utformning av ett effektivt lösningsmedel-katalysatorgränssnitt för katalytisk svavelomvandling i litium-svavelbatterier. mistry of Materials, 2019,31(24):10186-10196.
[67] JIN LM, NI J, SHEN C, et al. Metalliskt ledande TiB2 som en multifunktionell separatormodifierare för förbättrade litiumsvavelbatterier. Journal of Power Sources, 2020,448:227336.
[68] WU R, XU HK, ZHAO YW, et al. Borofenliknande borsubenheter insatta molybdenramverk av MoB2 möjliggör stabila och snabbverkande Li2S6-baserade litium-svavelbatterier. Energilagringsmaterial, 2020,32:216-224.
[69] HE JR, BHARGAV A, MANTHIRAM A. Molybdenborid som en effektiv katalysator för polysulfidredox för att möjliggöra litium-svavelbatterier med hög energidensitet. Advanced Materials, 2020,32(40):2004741.
[70] PANG Q, KWOK CY, KUNDU D, et al. Lätt metallisk MgB2 förmedlar polysulfidredox och lovar litium-svavelbatterier med hög energidensitet. Joule, 2019,3(1):136-148.
[71] YU TT, GAO PF, ZHANG Y, et al. Borfosfidmonoskikt som ett potentiellt förankringsmaterial för litium-svavelbatterier: en första principstudie. Applied Surface Science, 2019,486:281-286.
[72] JANA S, THOMAS S, LEE CH, et al. B3S monolager: förutsägelse av ett högpresterande anodmaterial för litiumjonbatterier. Journal of Materials Chemistry A, 2019,7(20):12706-12712.
[73] SUN C, HAI CX, ZHOU Y, et al. Högkatalytisk bornitrid nanofiber in situ odlad på förbehandlad ketjensvart som en katod för förbättrad prestanda hos litium-svavelbatterier. ACS Applied Energy Materials, 2020,3(11):10841-10853.
[74] ARENAL R, LOPEZ BEZANILLA A. Bornitridmaterial: en översikt från 0D till 3D (nano)strukturer. Wiley Interdisciplinary Reviews-Computational Molecular Science, 2015,5(4):299-309.
[75] JIANG XF, WENG QH, WANG XB, et al. De senaste framstegen när det gäller tillverkning och tillämpningar av bornitridnanomaterial: en översyn. Journal of Materials Science and Technology, 2015,31(6):589-598.
[76] PRAKASH A, NEHATE SD, SUNDARAM K B. Borkolnitridbaserade metall-isolator-metall UV-detektorer för tuffa miljötillämpningar. Optics Letters, 2016,41(18):4249-4252.
[77] ZHAO YM, YANG L, ZHAO JX, et al. Hur man gör inerta bornitrid-nanoark aktiva för immobilisering av polysulfider för litium-svavelbatterier: en beräkningsstudie. Physical Chemistry Chemical Physics, 2017,19(28):18208-18216.
[78] YI YK, LI HP, CHANG HH, et al. Fålagers bornitrid med konstruerade kvävevakanser för att främja omvandlingen av polysulfid som en katodmatris för litium-svavelbatterier. Chemistry, 2019,25(34):8112-8117.
[79] HE B, LI WC, ZHANG Y, et al. Paragenesis BN/CNTs hybrid som en monoklinisk svavelvärd för höghastighets- och ultralång livslängd av litium-svavelbatteri. Journal of Materials Chemistry A, 2018,6(47):24194-24200.
[80] DENG DR, BAI CD, XUE F, et al. Multifunktionell jonsikt sonstrukturerad av 2D-material som ett mellanskikt för Li-S-batterier. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019,11(12):11474-11480.
[81] SUN K, GUO PQ, SHANG XN, et al. Mesoporösa borkolnitrid/grafenmodifierade separatorer som effektiv polysulfidbarriär för mycket stabila litium-svavelbatterier. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2019,842:34-40.
[82] FAN Y, YANG Z, HUA WX, et al. Funktionaliserade bornitrid-nanoark/grafenmellanskikt för snabba och långlivade litium-svavelbatterier. Advanced Energy Materials, 2017,7(13):1602380.
[83] KIM PJH, SEO J, FU K, et al. Synergistisk skyddande effekt av en BN-kolavskiljare för mycket stabila litiumsvavelbatterier. NPG Asia Materials, 2017,9(4):e375.
[84] PRAMANICK A, DEY PP, DAS P K. Analyser av mikrostruktur, fas och elektrisk konduktivitet av sintrad borkarbid med gnistplasma bearbetad med WEDM. Ceramics International, 2020,46(3):2887-2894.
[85] YEGANEH M, SARAF HH, KAFI F, et al. De första principerna för undersökning av vibrations-, elektroniska och optiska egenskaper hos grafenliknande borkarbid. Solid State Communications, 2020,305:113750.
[86] CHANG YK, SUN XH, MA MD, et al. Applicering av hårda keramiska material B4C i energilagring: designa B4C@C kärn-skal nanopartiklar som elektroder för flexibla heltäckande mikro-superkondensatorer med ultrahög cyklerbarhet. Nano Energy, 2020,75:104947.
[87] LUO L, CHUNG SH, ASL HY, et al. Litium-svavelbatterier med lång livslängd med ett bifunktionellt katodsubstrat konfigurerat med nanotrådar av borkarbid. Advanced Materials, 2018,30(39):1804149.
[88] SÅNG NN, GAO Z, ZHANG YY, et al. B4C nanoskelett-aktiverade, flexibla litium-svavelbatterier. Nano Energy, 2019,58:30-39.
[89] ZHANG RH, CHI C, WU MC, et al. Ett Li-S-batteri med lång livslängd som möjliggörs av en katod gjord av välfördelade B4C-nanopartiklar dekorerade med aktiverade bomullsfibrer. Journal of Power Sources, 2020,451:227751.
