Недавни напредак материјала на бази бора у литијум-сумпорној батерији
Аутор:ЛИ Гаоран, ЛИ Хонгианг, ЗЕНГ Хаибо
МИИТ Кеи Лаборатори оф Адванцед Дисплаи Материалс анд Девицес, Институте оф Нано Оптоелецтрониц Материалс, Сцхоол оф Материал Сциенце анд Енгинееринг, Нањинг Университи оф Сциенце анд Тецхнологи, Нањинг 210094
Апстрактан
Литијум-сумпорне (Ли-С) батерије играју кључну улогу у развоју електрохемијске технологије складиштења енергије следеће генерације због своје велике густине енергије и ниске цене. Међутим, њихову практичну примену и даље омета спора кинетика и ниска реверзибилност реакција конверзије, што доприноси релативно ниском практичном капацитету, куломбској неефикасности и цикличној нестабилности. У том погледу, рационални дизајн проводних, адсорптивних и каталитичких функционалних материјала представља критичан пут за стабилизацију и промовисање електрохемије сумпора. Користећи користи од јединствених атомских и електронских структура бора, материјали на бази бора показују разноврсна и прилагодљива физичка, хемијска и електрохемијска својства, и добили су велику пажњу истраживања у Ли-С батеријама. Овај рад даје преглед недавних истраживања материјала на бази бора, укључујући борофен, угљеник допиран атомом бора, металне бориде и неметалне бориде у Ли-С батеријама, закључује преостале проблеме и предлаже будућу перспективу развоја.
Кључне речи:литијум-сумпорна батерија, борид, хемијски допинг, борофен, ефекат шатла, преглед
Развој зелене обновљиве енергије, развој напредних метода конверзије и складиштења енергије и успостављање ефикасног и чистог енергетског система су неизбежни избори за суочавање са енергетском кризом и климатским променама у данашњем свету. Технологија електрохемијског складиштења енергије, коју представљају батерије, може да конвертује и складишти нову чисту енергију и да је користи у ефикаснијем и погоднијем облику, играјући важну улогу у промовисању зелене енергетске економије и одрживог развоја [1,2]. Међу многим технологијама батерија, литијум-јонске батерије имају предности високе густине енергије и без меморијског ефекта. Постигао је брз развој од комерцијализације 1991. године, и широко се користи у електричним возилима, преносивим електронским уређајима, националној одбрани и другим областима [3,4]. Међутим, уз континуирани развој електричне опреме, традиционалне литијум-јонске батерије нису биле у стању да задовоље растућу потражњу за енергијом. У том контексту, литијум-сумпорне батерије су привукле широку пажњу због свог високог теоретског специфичног капацитета (1675 мАх·г-1) и густине енергије (2600 Вх∙кг-1). У исто време, ресурси сумпора су у изобиљу, широко распрострањени, јефтини и еколошки прихватљиви, што чини литијум-сумпорне батерије жаришном тачком истраживања у области нових секундарних батерија последњих година [5,6].
1 Принцип рада и постојећи проблеми литијум-сумпорних батерија
Литијум-сумпорне батерије обично користе елементарни сумпор као позитивну електроду и метални литијум као негативну електроду. Основна структура батерије је приказана на слици 1(а). Електрохемијска реакција је процес реакције у више корака конверзије који укључује вишеструке трансфере електрона, праћен фазним прелазом чврста-течност и низом литијум полисулфидних интермедијера (слика 1(б)) [7,8]. Међу њима, елементарни сумпор и кратколанчани Ли2С2/Ли2С који се налазе на оба краја реакционог ланца су нерастворљиви у електролиту и постоје у облику преципитације на површини електроде. Дуголанчани литијум полисулфид (Ли2Ск, 4 Мање или једнако к Мање или једнако 8) има већу растворљивост и способност миграције у електролиту. На основу суштинских својстава материјала електрода и њиховог механизма реакције трансформације чврсте и течне фазе, литијум-сумпорне батерије имају енергетске и цене предности, али се такође суочавају са многим проблемима и изазовима [9,10,11,12]:
Слика 1 Шематски дијаграм (а) конфигурације литијум-сумпорне батерије и (б) одговарајућег процеса пуњења-пражњења[7]
1) Чврсти елементарни сумпор и Ли2С се акумулирају на површини електроде, а њихова интринзична електронска и јонска инерција доводе до потешкоћа у преносу набоја и споре кинетике реакције, чиме се смањује стопа искоришћења активних материјала и стварни капацитет батерије.
2) Постоји велика разлика у густини између сумпора и Ли2С на оба краја реакционог ланца (2,07 према 1,66 г∙цм-3). Материјал доживљава промену запремине до 80% током процеса реакције, а механичка структурна стабилност електроде суочава се са огромним изазовима.
3) Понашање растварања и миграције литијум полисулфида у електролиту изазива озбиљан „ефекат шатла“, што резултира озбиљним губитком активног материјала и губитком Кулона. Поред тога, литијум полисулфид учествује у хемијским/електрохемијским споредним реакцијама на површини аноде, што не само да узрокује даљи губитак активних материјала, већ и пасивизира и кородира површину аноде, отежава формирање и раст литијум дендрита и повећава безбедносне ризике.
Ови проблеми су међусобно повезани и утичу једни на друге, што у великој мери повећава сложеност система батерија, што отежава тренутним литијум-сумпорним батеријама да задовоље потребе практичне примене у смислу коришћења активног материјала, стварне густине енергије, стабилности циклуса и безбедности. . Из анализе наведених проблема може се видети да је разумна контрола процеса електрохемијске реакције сумпора једини начин да се побољшају перформансе литијум-сумпорних батерија. Како постићи ефикасно управљање и побољшање електрохемије сумпора зависи од циљаног дизајна, развоја и примене напредних функционалних материјала. Међу њима, најрепрезентативнија стратегија је развој функционалних материјала са проводљивим, адсорпционим и каталитичким својствима као домаћини сумпорне катоде или модификованих сепаратора. Кроз своју физичку и хемијску интеракцију са литијум полисулфидом, активни материјал је ограничен на подручје позитивне електроде, инхибира растварање и дифузију и промовише његову електрохемијску конверзију. Тиме се ублажава ефекат шатла и побољшава енергетска ефикасност и стабилност циклуса батерије [13,14]. На основу ове идеје, истраживачи су развили различите типове функционалних материјала на циљани начин, укључујући угљеничне материјале, проводљиве полимере, металне органске оквире, металне оксиде/сулфиде/нитриде, итд. Постигнути су добри резултати [15,16,17, 18,19].
2 Примена материјала на бази бора у литијум-сумпорним батеријама
Бор је најмањи металоидни елемент. Његов мали атомски радијус и велика електронегативност олакшавају формирање металних ковалентних једињења. Атоми бора имају типичну структуру са недостатком електрона, а њихова конфигурација валентних електрона је 2с22п1. Они могу да деле један или више електрона са другим атомима кроз различите облике хибридизације да би формирали вишецентричне везе [20,21]. Ове карактеристике чине боридну структуру веома прилагодљивом, показујући јединствена и богата хемијска и физичка својства, и могу се широко користити у многим областима као што су лака индустрија, грађевински материјали, национална одбрана, енергетика, итд. [22,23]. Поређења ради, истраживање материјала на бази бора у литијум-сумпорним батеријама је још увек у повоју. Последњих година, нанотехнологија и методе карактеризације су наставиле да напредују, а структурне карактеристике материјала на бази бора се континуирано истражују и развијају, тако да се њихово циљано истраживање и примена у системима литијум-сумпора такође појављују. С обзиром на ово, овај чланак се фокусира на типичне материјале на бази бора као што су борофен, угљеник допиран атомом бора, бориди метала и бориди неметала. Овај чланак даје преглед најновијих истраживања литијум-сумпорних батерија, сумира постојеће проблеме и радује се будућим правцима развоја.
2.1 Борене
Као веома репрезентативан алотроп међу елементима бора, борофен има дводимензионалну структуру са једним атомом, сличну графену. У поређењу са великим елементом бора, он показује супериорне електричне, механичке и термичке особине и представља звезду у успону у дводимензионалним материјалима [24]. На основу тополошких разлика у распореду атома бора, борофен има богату кристалну структуру и електронска својства, као и анизотропна проводљива својства. Као што се може видети на слици 2 (а, б), електрони у борофену имају тенденцију да буду концентрисани на врху атома бора, а ови региони поларизације електрона имају већу везујућу активност. Очекује се да ће обезбедити добра места хемијске адсорпције за полисулфиде у системима литијум-сумпорних батерија [25]. Истовремено, борофен филм има добру електричну проводљивост и физичку и хемијску стабилност, тако да има добар потенцијал примене у литијум-сумпорним батеријама.
Слика 2 (а) Структурни модели различитих борофена и њихове одговарајуће расподеле густине наелектрисања, (б) енергије адсорпције полисулфида на различитим борофенима[25]
Јианг ет ал. [26] је кроз теоријске прорачуне открио да борофен показује јак капацитет адсорпције за литијум полисулфид. Међутим, ова снажна интеракција такође може лако да изазове разградњу Ли-С кластера, што резултира губитком сумпора, активног материјала. Поређења ради, површина борофена са интринзичном дефектном структуром нежније адсорбује литијум полисулфид [27], што му омогућава да ограничи понашање шатла уз избегавање распадања и уништавања прстенасте структуре. Очекује се да ће постати погоднији материјал за адсорпцију литијум полисулфида. Истовремено, резултати анализе енергетског опсега адсорпционе структуре борофен-литијум полисулфида показују да су адсорпциони кластери метални, што је углавном због интринзичних металних карактеристика бора и његове јаке електроакустичке снаге спајања. Очекује се да ће помоћи процесу електрохемијске конверзије сумпора да добије бољу кинетику реакције [28]. Поред тога, Гриксти и сар. [29] симулирао је процес дифузије молекула литијум полисулфида на површини 12-борена. Утврђено је да 12-борен показује јаку адсорпцију на низ литијум полисулфида. Најниже енергетске баријере дифузије молекула Ли2С6 и Ли2С4 у правцу фотеље су 0.99 и 0,61 еВ респективно, што је лакше од дифузије у цик-цак правцу. Захваљујући добром капацитету адсорпције и умереној енергетској баријери дифузије, 12-борен се сматра одличним литијум-полисулфидним адсорпционим материјалом, за који се очекује да потисне ефекат шатла у литијум-сумпорним батеријама и побољша реверзибилност сумпорних електрохемијских реакција.
Међутим, већина тренутних истраживања о разблажењу бора у литијум-сумпорним батеријама и даље остаје у фази теоретског предвиђања, а експерименталне потврде се ретко пријављују. Ово је углавном због потешкоћа у припреми разблаженог бора. Постојање бора је предвиђено 1990-их, али је заправо припремљен тек 2015. године [30]. Део разлога може бити тај што бор има само три валентна електрона и треба да формира оквирну структуру да би надокнадио недостајуће електроне, што олакшава формирање 3Д, а не 2Д структуре. Тренутно се припрема бора обично ослања на технологије као што су епитаксија молекуларним снопом и високи вакуум, висока температура и други услови, а праг синтезе је висок [31]. Због тога је неопходно развити једноставнију и ефикаснију методу синтезе разблаженог бора, и даље експериментално истражити и демонстрирати његов ефекат и повезане механизме у литијум-сумпорним батеријама.
2.2 Атоми бора допирани угљеником
Хемијски допирани угљенични материјали су врући материјали у области нових енергетских истраживања. Одговарајуће допирање елемената може задржати предности угљеничних материјала као што су лагана и висока проводљивост, док им даје додатна физичка и хемијска својства да се прилагоде различитим сценаријима примене [32,33]. Хемијски допирани угљенични материјали су широко проучавани у литијум-сумпорним батеријама [34,35], међу којима је чешће допирање са високо електронегативним атомима као што су атоми азота. Насупрот томе, бор има структуру са недостатком електрона и мање је електронегативан од угљеника. Постаје електропозитиван након што се угради у угљеничну решетку. Очекује се да ће формирати добар адсорпциони ефекат на негативно наелектрисане полисулфидне ањоне, чиме ће се ублажити ефекат шатла [36,37].
Ианг ет ал. [38] користио је порозни угљеник допиран бором као материјал домаћина сумпорне катоде и открио да допирање бором не само да побољшава електронску проводљивост угљеничног материјала, већ и изазива позитивну поларизацију угљеничне матрице. Негативно наелектрисани полисулфидни јони се ефикасно адсорбују и учвршћују путем електростатичке адсорпције и Луисове интеракције, чиме инхибирају њихово растварање и дифузију (Слика 3(а,б)). Према томе, сумпорна катода заснована на порозном угљенику допираном бором показује већи почетни капацитет и стабилније перформансе циклуса од узорака допираних чистим угљеником и азотом. Ксу ет ал. [39] добијају угљеникове наноцеви/сумпорне композитне катодне материјале допиране атомом бора (БУЦНТс/С) хидротермалном методом у једном лонцу. Синтеза у течној фази ин ситу чини сумпор равномерније распоређеним у композиту, док допирање бором даје материјалу домаћина на бази угљеника већу електричну проводљивост и јачу способност фиксирања сумпора. Резултујућа БУЦНТс/С електрода је добила почетни капацитет од 1251 мАх∙г-1 на 0.2Ц, и још увек је могла да задржи капацитет од 750 мАх∙г-1 након 400 циклуса. Поред домаћина сумпорне катоде, угљенични материјали допирани бором такође играју важну улогу у дизајну функционалних сепаратора батерија. Хан ет ал. [40] премазао лаки графен допиран бором на традиционалном сепаратору да би направио функционални модификациони слој, користећи његову адсорпцију и поновну употребу полисулфида да би се ефикасно ублажио ефекат шатла и побољшала стопа искоришћења активних материјала.
Слика 3 (а) Шема Б-допираног угљеника, (б) С2п КСПС спектри сумпорних композита заснованих на различитим елементима допираног порозног угљеника; и (ц) шему процеса пуњења-пражњења НБЦГН/С композита, (д) циклус на 0.2Ц и (е) перформансе брзине сумпорних електрода заснованих на различитим елементима допираним закривљеним графенским нанотракама[44]
С обзиром на основна својства различитих допинг елемената и њихове различите начине деловања у структури угљеничне решетке, вишеелементно ко-допирање је једна од важних стратегија за регулисање површинске хемије угљеничних материјала и побољшање електрохемијских реакција сумпора [41, 42, 43]. С тим у вези, Куангова истраживачка група [44] је синтетизовала графенске нанорибоне (НБЦГН) заједно са азотом и бором (НБЦГН) по први пут хидротермалном методом као материјал домаћина за сумпорну катоду, као што је приказано на слици 3(ц). Студија је открила да синергистички ефекат ко-допинга азота и бора не само да индукује НБЦГН да добије већу специфичну површину, запремину пора и већу проводљивост, већ такође помаже у равномерној дистрибуцији сумпора у катоди. Што је још важније, бор и азот делују као центри са недостатком електрона и центри богати електронима у ко-допираном систему. Може се повезати са Ск2- и Ли+ преко Луисових интеракција, чиме се ефикасније адсорбује литијум полисулфид и значајно побољшава перформансе циклуса и брзине батерије (Слика 3(д, е)). На основу сличних стратегија допинга елемената високе и ниске електронегативности. Јин ет ал. [45] је припремио материјале домаћина са вишеслојним угљеничним наноцевима допираним бором и кисеоником користећи борну киселину као додатак. Добијена батерија и даље задржава специфичан капацитет од 937 мАх∙г-1 након 100 циклуса, што је знатно боље од перформанси батерије засноване на обичним угљеничним цевима (428 мАх∙г-1). Поред тога, истраживачи су испробали и друге облике ко-допинга. Укључујући графен заједно са боросиликатом [46], кобалт метал и графен са азотом бора [47], итд., ефикасно су побољшали перформансе батерије. Синергистички ефекат ко-допираних компоненти игра кључну улогу у побољшању електрохемијске реакције сумпора.
Допирање са елементима бора може ефикасно побољшати унутрашњу проводљивост и површински хемијски поларитет угљеничних материјала, ојачати хемијску адсорпцију и инхибирати понашање литијум полисулфида у кретању, чиме се побољшава кинетика и стабилност електрохемијске реакције сумпора и побољшава перформансе батерије. Упркос томе, још увек постоје многи проблеми у истраживању угљеничних материјала допираних бором у литијум-сумпорним батеријама, које треба даље истражити и анализирати. На пример, утицај количине допинга бора и конфигурације допинга на проводљивост, расподелу површинског наелектрисања и адсорпционо понашање литијум полисулфида угљеничних материјала. У исто време, како добити угљеничне материјале са високим нивоом допинга бора и како прецизно контролисати конфигурацију допинга, све зависи од развоја напредних метода и технологија припреме. Поред тога, за системе са допингом са више елемената, још треба даље истражити погодније комбинације допинг елемената. Успоставити систематски однос структура-активност да би се разјаснио механизам синергистичког ефекта ко-допиране структуре и њен утицај на начин и интензитет интеракција домаћин-гост у електрохемији сумпора.
2.3 Бориди метала
Метална једињења су одувек била жариште истраживања функционалних материјала у литијум-сумпорним батеријама због својих карактеристика хемијског поларитета и добре морфолошке и структурне пластичности. Разликује се од уобичајених металних оксида, сулфида, нитрида и других јонских једињења. Бориди метала су обично састављени од бора и металних елемената на бази ковалентних веза, а њихова испуњена структура наслеђује део металности. Показује много већу проводљивост од других металних једињења (слика 4) [48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56] и може да обезбеди брзо снабдевање електронима за електрохемијске реакције [57]. У исто време, постоји локална ограничена поларна структура јонске везе између метала и бора, која може да обезбеди добра места за адсорпцију за полисулфиде [58,59]. Поред тога, стабилност високо електронегативног бора је ослабљена након легирања са прелазним металима и лакше учествује у редокс реакцијама. Ово омогућава да бориди метала учествују у литијум-сумпорним електрохемијским реакцијама преко површинских реакција као посредник [60].
Слика 4 Поређење проводљивости са неколико категорија металних једињења[48,49,50,51,52,53,54,55,56]
Гуан ет ал. [61] је припремио материјал домаћина за сумпорне катоде уношењем аморфних наночестица Цо2Б на графен коришћењем методе редукције течне фазе. Студије су откриле да и бор и кобалт могу послужити као адсорпциона места за хемијско учвршћивање литијум полисулфида, чиме се инхибира његово растварање и миграција. Заједно са одличном проводљивошћу графена на даљину, батерија и даље има специфични капацитет пражњења од 758 мАх·г-1 након 450 циклуса при брзини од 1Ц, а стопа опадања капацитета по циклусу је { {26}}.029%, што показује одличне перформансе циклуса. На основу сличног синергистичког ефекта адсорпције, композитни материјал Цо2Б@ЦНТ, који се користи као функционални сепаратор за литијум-сумпорне батерије, има капацитет адсорпције Ли2С6 до 11,67 мг∙м-2 [62], што може ефикасно блокирају дифузију и продирање полисулфида и постижу сврху инхибирања ефекта шатла. На основу тога, Гуан ет ал. [63] је даље користио дводимензионални метални карбид (МКСене) као носач за припрему композитног материјала хетероспојнице Цо2Б@МКСене (слика 5(а~д)). Кроз теоријске прорачуне, утврђено је да електронска интеракција на интерфејсу хетероспојнице доводи до трансфера електрона са Цо2Б на МКСене. Овај ефекат побољшава адсорпцију и каталитичку способност Цо2Б за полисулфиде (слика 5(а,б)). Због тога је брзина бледења капацитета батерије заснована на Цо2Б@МКСене функционално модификованом сепаратору током 2000 циклуса само 0,0088% по циклусу. А при пуњењу сумпора од 5,1 мг∙цм-2, специфични капацитет је и даље чак 5,2 мАх∙цм-2 (Слика 5(ц,д)). Треба напоменути да је у поређењу са структурама кристалне фазе, ова врста материјала борида аморфне фазе метала нежнија и једноставнија у припреми материјала. Међутим, управљивост и стабилност његове атомске и молекуларне структуре су релативно слабе, што представља велику препреку за разјашњавање његових компоненти и микроструктуре и истраживање механизма његовог утицаја на процес електрохемијске реакције сумпора.
Слика 5 (а) Ли2С4 конфигурације адсорпције на Цо2Б и Цо2Б@МКСене површинама, (б) шема прерасподеле електрона на интерфејсима између Цо2Б и МКСене, (ц) перформансе циклуса ћелија заснованих на Цо2Б@МКСене и других сепаратора, ( д) дуготрајне перформансе циклуса Цо2Б@МКСене ћелије[63]; (е) шематски приказ површинско-хемијског хватања полисулфида на ТиБ2, (ф) конфигурације адсорпције и (г) енергије врста сумпора на (001) и (111) површинама ТиБ2, (х) перформансе високог оптерећења и (и) ) дуготрајни циклус сумпорне електроде на бази ТиБ2-[63,65]
ТиБ2 је класични метални борид са одличном електричном проводљивошћу (~106 С∙цм-1) и широко се користи у областима као што су проводна керамика, прецизна обрада и електрохемијски уређаји. ТиБ2 има типичну хексагоналну структуру и има високу тврдоћу и структурну еластичност, што помаже у прилагођавању промени запремине реакције сумпора. Истовремено, очекује се да велики број незасићених структура на његовој површини формира снажну међуфазну хемијску интеракцију са литијум полисулфидом [64], чиме се постижу добри ефекти адсорпције и затварања. Ли ет ал. [65] први је известио да је ТиБ2 коришћен као материјал домаћин за сумпорне катоде. Као што је приказано на слици 5(е~г), током процеса термичког мешања са С, површина ТиБ2 је делимично сумпорисана. Литијум полисулфид који настаје током реакције ефикасно се адсорбује кроз ван дер Валсове силе и Луисове киселинско-базне интеракције, а ефекат овог механизма је значајнији на (001) површини. Добијена сумпорна катода добија стабилан циклус од 500 циклуса при брзини од 1Ц, а у исто време, специфични капацитет је и даље задржао 3,3 мАх∙цм-2 након 100 циклуса при оптерећењу сумпором од 3,9 мг∙цм{{19 }}. показао добре електрохемијске перформансе (слика 5(х, и)). На основу резултата КСПС анализе и теоријских прорачуна, одличан ефекат адсорпције литијум полисулфида ТиБ2 треба приписати његовом механизму „пасивације“ на површини. Поред тога, Луова истраживачка група [66] упоредила је адсорпционе ефекте ТиБ2, ТиЦ и ТиО2 на литијум полисулфид и истражила механизам конкуренције између одговарајуће хемијске адсорпције и десорпције солватације. Резултати показују да бор са нижом електронегативношћу чини да ТиБ2 има јачи адсорпциони капацитет, а у комбинацији са етарским електролитом са слабим капацитетом солватације, може ефикасно да побољша искоришћење сумпора и побољша реверзибилност електрохемијских реакција. С обзиром на ово, ТиБ2 је такође коришћен за конструисање мултифункционалних сепаратора [67], који ефикасно адсорбује, сидри и поново користи активне материјале, значајно побољшавајући стабилност циклуса батерије. Капацитет може да одржи 85% почетне вредности након 300 циклуса на 0,5Ц.
Слично ТиБ2, МоБ има добру проводљивост, а његова интринзична дводимензионална структура погодује потпуном откривању адсорпционих места и очекује се да ће постати добар сумпорни катодни катализатор [68]. Истраживачка група Мантхирам на Универзитету Тексас у Остину [69] је користила Сн као редукционо средство и синтетизовала МоБ наночестице методом чврсте фазе, која је показала добре адсорпционе и каталитичке способности за литијум полисулфид. МоБ има високу електронску проводљивост (1,7×105 С∙м-1), која може да обезбеди брзо снабдевање електронима за реакције сумпора; у исто време, хидрофилна површинска својства МоБ погодују влажењу електролита и помажу брзом транспорту литијум јона. Ово обезбеђује коришћење активних материјала у условима сиромашног електролита; поред тога, нанодимензионисани МоБ може у потпуности открити каталитичка активна места изазвана атомима бора са недостатком електрона, омогућавајући материјалу да има и одличну интринзичну и привидну каталитичку активност. На основу ових предности, чак и ако се МоБ дода у малој количини, може значајно побољшати електрохемијске перформансе и показати значајну практичност. Добијена батерија има слабљење капацитета од само 0,03% по циклусу након 1,000 циклуса при стопи од 1Ц. А при пуњењу сумпора од 3,5 мг∙цм-2 и односу електролит/сумпор (Е/С) од 4,5 мЛ∙г-1, постигнуте су одличне перформансе циклуса батерија меког паковања. Поред тога, истраживачка група Назар [70] користила је лагани МгБ2 као медијум за електрохемијску конверзију за литијум полисулфид. Утврђено је да и Б и Мг могу послужити као адсорпциона места за полисулфидне ањоне, ојачати пренос електрона и постићи бољу стабилност циклуса при великом оптерећењу сумпором (9,3 мг∙цм-2).
Ови радови у потпуности илуструју ефикасност и супериорност металних борида у побољшању електрохемијских реакција сумпора. Међутим, у поређењу са системима као што су метални оксиди и сулфиди, још увек постоји релативно мало истраживачких извештаја о металним боридима у литијум-сумпорним батеријама, а истраживање о материјалима и сродним механизмима такође треба да се прошири и продуби. Поред тога, кристални метални бориди обично имају високу структурну чврстоћу, а процес припреме захтева прелазак високих енергетских баријера и укључује високу температуру, висок притисак и друге оштре услове, што ограничава њихово истраживање и примену. Стога је развој једноставних, благих и ефикасних метода синтезе металних борида такође важан правац у истраживању металних борида.
2.4 Бориди неметала
У поређењу са металним боридима, неметални бориди су обично мање густи и лакши, што је корисно за развој батерија високе густине енергије; међутим, њихова нижа проводљивост ствара отпор према ефикасности и кинетици електрохемијских реакција сумпора. Тренутно, истраживачи су постигли одређени напредак у конструисању материјала за фиксирање сумпора за литијум-сумпорне батерије на бази неметалних борида укључујући бор нитрид, бор карбид, бор фосфид и бор сулфид [71, 72, 73].
Бор нитрид (БН) и бор карбид (БЦ) су два најрепрезентативнија и широко проучавана борида неметала. БН се састоји од атома азота и атома бора који су наизменично повезани, и углавном обухвата четири кристална облика: хексагонални, тригонални, кубни и леурит [74]. Међу њима, хексагонални бор нитрид (х-БН) испољава карактеристике као што су широк појас, висока топлотна проводљивост и добра термичка и хемијска стабилност због своје дводимензионалне структуре налик графиту и локализованих карактеристика електронске поларизације [75,76]. БН структура има очигледне поларне карактеристике и има јак капацитет хемијске адсорпције за литијум полисулфид. У исто време, хемијске карактеристике површине могу се контролисати кроз допирање елемената и конструкцију тополошких дефеката како би се обезбедила стабилност молекуларне структуре полисулфида уз побољшање њене адсорпционе чврстоће [77]. На основу ове идеје, Ии ет ал. [78] пријавили су малослојни бор нитрид сиромашан азотом (в-БН) као материјал домаћина за сумпорне катоде (слика 6(а)). Студије су откриле да електропозитивна слободна места у в-БН не само да помажу у фиксирању и трансформацији полисулфида, већ и убрзавају дифузију и миграцију литијум јона. У поређењу са оригиналним БН, катода заснована на в-БН има већи почетни капацитет на 0.1Ц (1262 наспрам 775 мАх∙г-1), и стопу опадања капацитета након 5{{24} }0 циклуса на 1Ц је само 0,084% по циклусу. Показује добру стабилност при вожњи бицикла. Поред тога, Хе ет ал. [79] су открили да допирање О може додатно побољшати хемијски поларитет БН површине, индуковати материјал да формира већу специфичну површину и истовремено побољшати интринзична и привидна својства адсорпције.
Слика 6 (а) ТЕМ слика и шематска атомска структура в-БН[78]; (б) Шема г-Ц3Н4/БН/графенског композитног јонског сита и (ц) одговарајуће перформансе циклуса Ли-С ћелија[80]; (д) Шематски и оптички снимак трослојног сепаратора БН/Целгард/угљеник, и (е) одговарајуће перформансе циклуса ћелије[83]; (ф) Шема и (г) СЕМ слика Б4Ц@ЦНФ и модел Б4Ц наножице, (х) енергије адсорпције Ли2С4 на различитим аспектима Б4Ц[87]
Иако БН материјал има добра својства хемијске адсорпције, његова сопствена лоша проводљивост не погодује реактивном преносу наелектрисања. Стога је пројектовање композитних структура са проводљивим материјалима важан начин за даље побољшање њихове свеобухватне адсорпције и каталитичких перформанси. С обзиром на ово, Денг ет ал. [80] је дизајнирао композитно јонско сито на бази угљеничног нитрида сличног графиту (г-Ц3Н4), БН и графена као мултифункционални међуслој за литијум-сумпорне батерије (слика 6(б)). Међу њима, уређени јонски канали величине 0.3 нм у структури г-Ц3Н4 могу ефикасно блокирати полисулфиде и омогућити пролаз литијум јонима. БН служи као реакциони катализатор за промоцију конверзије полисулфида, а графен служи као уграђени колектор струје да обезбеди одличну проводљивост дугог домета. . Захваљујући синергистичком ефекту ове три дводимензионалне компоненте, резултујућа батерија може стабилно да ради више од 500 циклуса при високом оптерећењу сумпора од 6 мг∙цм-2 и стопи од 1Ц (Слика 6(ц)). Поред тога, истраживачи су покушали да нанесу танак слој БН нанолист/графенског композитног филма на површину катоде као заштитни слој у једноставнијем и директнијем облику [81,82]. Ефикасно инхибира растварање и дифузију литијум полисулфида и значајно побољшава специфични капацитет и стабилност циклуса сумпорне катоде. Током 1000 циклуса на 3Ц, стопа слабљења капацитета је само 0,0037% по циклусу. Занимљиво је да је истраживачка група Унгиу Паик на Универзитету Ханианг [83] усвојила још једну комбинацију идеја за конструисање мултифункционалног сепаратора са БН/Целгард/карбонском сендвич структуром. Као што је приказано на слици 6(д), угљенични слој и БН слој су премазани на позитивној и негативној страни електроде обичног сепаратора. Међу њима, слој угљеника и БН слој могу заједно блокирати шатл литијум полисулфида и ограничити његову дифузију на површину негативне електроде. Истовремено, БН слој на страни негативне електроде такође ограничава раст литијум дендрита. Захваљујући овом кооперативном заштитном механизму, батерија има високу стопу задржавања капацитета (76,6%) и специфични капацитет (780,7 мАх∙г-1) након 250 циклуса на 0,5Ц. Значајно бољи од обичних сепаратора и сепаратора модификованих чистим угљеником (слика 6(е)).
У поређењу са Н, Ц има нижу електронегативност, тако да је разлика у електронегативности између Б и Ц мала, што доводи до слабијег хемијског поларитета БЦ структуре у поређењу са НЦ. Али у исто време, делокализација електрона у БЦ структури је побољшана и проводљивост је боља [84,85]. Стога, БЦ генерално показује релативно комплементарна физичка и хемијска својства БН. Има малу густину, релативно добру проводљивост и добра каталитичка својства, и има обећавајуће изгледе за примену у енергетском пољу [86]. Луо ет ал. [87] су узгајали наножице бор карбида (Б4Ц@ЦНФ) ин ситу на угљеничним влакнима као материјал домаћина катоде (слика 6(ф~х)). Међу њима, Б4Ц ефикасно адсорбује и ограничава полисулфиде кроз БС везу. У исто време, његова проводна мрежа од угљеничних влакана помаже да се адсорбовани сумпор брзо претвори и побољшава кинетику реакције. Добијена сумпорна катода има задржавање капацитета од 80% након 500 циклуса, и може постићи стабилан циклус под високим садржајем сумпора (масени удео 70%) и капацитетом оптерећења (10,3 мг∙цм{ {16}}). Сонг и др. [88] је конструисао супер-ограничену структуру домаћина сумпора око Б4Ц. Структура користи активирани порозни угљеник од памучне тканине као флексибилну матрицу, Б4Ц нановлакна као активни скелет и редуковани графен оксид за даље премазивање. Ефикасно комбинује физичко и хемијско затварање, ублажава губитак активних супстанци и постиже одличну стабилност циклуса. Имајући у виду добру адсорпцију и каталитичка својства Б4Ц, Зхаова истраживачка група [89] је равномерно распоредила Б4Ц наночестице у тканини од угљеничних влакана путем ин-ситу методе раста уз помоћ каталитичара како би се ефикасно распршила и изложила активна места. Добијена сумпорна катода има почетни капацитет до 1415 мАх∙г-1 (0,1Ц) при оптерећењу од 3,0 мг∙цм-2 и ултра-дуг животни век од 3000 циклуса на 1Ц, што показује добре изгледе за примену.
Из наведеног се може видети да неметални борид има добру адсорпцију и каталитичко дејство на литијум полисулфид, али је његова проводљивост релативно ниска, а проводни носач је и даље потребан да би помогао електрохемијској реакцији сумпора. Међу њима, разлика у електронској структури суседних Н и Ц атома чини да БН и БЦ материјали имају своје предности и недостатке у погледу проводљивости и интеракције са литијум полисулфидом. С обзиром на то, у комбинацији са бор сулфидом, бор фосфидом, бор оксидом, итд., овај тип неметалног борида може се користити као добар носач и платформа за проучавање односа структуре и активности између локалне хемијске поларне структуре и адсорпционог каталитичког средства. способност. Очекује се да ће даља систематска корелација и анализа помоћи да се разумеју релевантни процеси микроскопске реакције, регулише фина структура материјала и побољшају електрохемијске перформансе батерија. Поред тога, даља примена и развој неметалних борида у литијум-сумпорним батеријама и даље треба да се ослања на унапређење и оптимизацију њихове припреме. Развијте једноставне и благе технологије припреме, док развијате структуре материјала са вишом интринзичном проводљивошћу и дизајнирате ефикасније композитне материјале како бисте уравнотежили и узели у обзир проводљивост, адсорпцију и каталитичке ефекте.
3 Закључак
Укратко, литијум-сумпорне батерије имају високу теоријску густину енергије због њихових реакција преноса више електрона. Међутим, њихов механизам реакције конверзије и интринзична слаба проводљивост активних материјала ометају реализацију предности. Материјали на бази бора имају јединствене физичко-хемијске карактеристике и електрохемијска својства. Њихов циљани дизајн и рационална примена су ефикасни начини да се ублажи ефекат шатла литијум-сумпорних батерија и побољша кинетика реакције и реверзибилност. Последњих година су се брзо развили. Међутим, истраживање и примена материјала на бази бора у литијум-сумпорним батеријама је још увек у повоју, а дизајн структуре материјала и његов механизам деловања на процес електрохемијске реакције батерије треба даље да се развијају и истражују. Комбинујући карактеристике материјала и горе наведени напредак истраживања, аутор сматра да би будући развој материјала на бази бора у литијум-сумпорним батеријама требало да посвети више пажње следећим правцима:
1) Синтеза материјала. Синтетички препарат је чест проблем са којим се суочавају горе поменути материјали на бази бора. Постоји хитна потреба за развојем једноставнијих, блажих и ефикаснијих метода припреме материјала како би се обезбедила материјална основа за истраживање механизама и промоцију примене. Међу њима, добијање борида аморфних метала методом редукције течне фазе је обећавајући правац развоја. У исто време, ослањајући се на његове предности и искуство, истраживање и развој синтетичких путева заснованих на солвотермалним методама или методама растаљене соли такође може пружити нове идеје за припрему материјала на бази бора. Поред тога, током процеса припреме борида, посебну пажњу треба посветити контроли и дизајну наноструктуре и њеној стабилности како би се задовољиле потребе карактеристика реакције интерфејса литијум-сумпорних батерија.
2) Истраживање механизама. Материјали на бази бора имају јединствене и богате хемијске карактеристике површине. Методе карактеризације на лицу места треба користити за даље проучавање интеракција домаћин-гост између материјала на бази бора и полисулфида. Посебну пажњу треба посветити површинској иреверзибилној сулфатизацији, самоелектрохемијској оксидацији и редукцији итд., како би се открили одлучујући структурни фактори њених адсорпционих и каталитичких способности, и да би се обезбедило теоријско упутство и основа за циљано пројектовање и развој материјала. Поред тога, за репрезентативне бориде аморфних метала, потребно је обратити посебну пажњу на разлике у микроструктури и сродним физичким и хемијским особинама између аморфних и кристалних борида, те сарађивати са развојем одговарајућих технологија анализе структуре и карактеризације својстава. Избегавајте закључивање између аморфних материјала, литијум полисулфида и његовог реакционог процеса заснованог искључиво на кристалној структури.
3) Оцењивање учинка. Да би се оптимизовао систем процене материјала и батерије, уз повећање оптерећења површине сумпора, више пажње треба посветити регулисању кључних параметара као што су дебљина и порозност електроде како би се истовремено побољшао квалитет и запреминска густина енергије електроде. Поред тога, електрохемијска својства у условима ниске дозе електролита (Е/С<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.
Укратко, овај чланак се фокусира на материјале на бази бора и даје преглед најновијих истраживања борофена, угљеника допираног атомом бора, металних борида и неметалних борида у системима литијум-сумпорних батерија. Надам се да може пружити референцу и инспирацију колегама, проширити развој и примену материјала на бази бора у области нове енергије и промовисати практичан развој литијум-сумпорних батерија.
Референце
[1] ДУНН Б, КАМАТХ Х, ТАРАСЦОН Ј М. Складиштење електричне енергије за мрежу: батерија избора. Сциенце, 2011, 334(6058):928-935.
[2] АРИЦО АС, БРУЦЕ П, СЦРОСАТИ Б, ет ал. Наноструктурирани материјали за напредне уређаје за конверзију и складиштење енергије. Природни материјали, 2005, 4(5):366-377.
[3] ЛИАНГ ИР, ЗХАО ЦЗ, ИУАН Х, ет ал. Преглед пуњивих батерија за преносиве електронске уређаје. ИнфоМат, 2019,1(1):6-32.
[4] ГООДЕНОУГХ ЈБ, ПАРК К С. Ли-јонска пуњива батерија: перспектива. Јоурнал оф тхе Америцан Цхемицал Социети, 2013,135(4):1167-1176.
[5] ТАРАСЦОН ЈМ, АРМАНД М. Проблеми и изазови са којима се суочавају пуњиве литијумске батерије. Природа, 2011,414:171-179.
[6] ЈИН ГИ, ХЕ ХЦ, ВУ Ј, ет ал. Шупљи угљенични оквир допиран кобалтом као домаћин сумпора за катоду литијум сумпорне батерије. Часопис за неорганске материјале, 2021,36(2):203-209.
[7] ФАНГ Р, ЗХАО СИ, СУН ЗХ, ет ал. Поузданије литијум-сумпорне батерије: татус, решења и изгледи. Напредни материјали, 2017, 29(48):1606823.
[8] ХУ ЈЈ, ЛИ ГР, ГАО Кс П. Тренутни статус, проблеми и изазови у литијум-сумпорним батеријама. Часопис за неорганске материјале, 2013,28(11):1181-1186.
[9] ЛИ ГР, ВАНГ С, ЗХАНГ ИН, ет ал. Поновно разматрање улоге полисулфида у литијум-сумпорним батеријама. Напредни материјали, 2018,30(22):1705590.
[10] ПЕНГ ХЈ, ХУАНГ ЈК, ЗХАНГ К. Преглед флексибилних литијум-сумпорних и аналогних пуњивих батерија од алкалних метала и халкогена. Цхемицал Социети Ревиевс, 2017,46(17):5237-5288.
[11] ЈАНА М, КСУ Р, ЦХЕНГ КСБ, ет ал. Рационално пројектовање дводимензионалних наноматеријала за литијум-сумпорне батерије. Енерги & Енвиронментал Сциенце, 2020,13(4):1049-1075.
[12] ХЕ ЈР, МАНТХИРАМ А. Преглед статуса и изазова електрокатализатора у литијум-сумпорним батеријама. Материјали за складиштење енергије, 2019, 20:55-70.
[13] СЕХ ЗВ, СУН ИМ, ЗХАНГ КФ, ет ал. Пројектовање високоенергетских литијум-сумпорних батерија. Цхемицал Социети Ревиевс, 2016,45(20):5605-5634.
[14] ЈИ КСЛ, ЕВЕРС С, БЛАЦК Р, ет ал. Стабилизација литијум-сумпорних катода коришћењем полисулфидних резервоара. Натуре Цоммуницатионс, 2011, 2:325.
[15] ЗХАНГ З, КОНГ ЛЛ, ЛИУ С, ет ал. Високоефикасни композит сумпор/угљеник заснован на 3Д графенској наносхеет@царбон нанотубе матрици као катода за литијум-сумпорну батерију. Адванцед Енерги Материалс, 2017, 7(11):1602543.
[16] КСУ ВЦ, ПАН КСКС, МЕНГ Кс, ет ал. Проводљиви материјал који садржи сумпор који укључује ултрафине наночестице ванадијум нитрида за литијум-сумпорну батерију високих перформанси. Елецтроцхимица Ацта, 2020, 331:135287.
[17] ЛИУ ИТ, ЛИУ С, ЛИ ГР, ет ал. Сумпорна катода велике запреминске густине енергије са тешким и каталитичким металним оксидом за литијум-сумпорну батерију. Адванцед Сциенце, 2020, 7(12):1903693.
[18] ЦХЕН ХХ, КСИАО ИВ, ЦХЕН Ц, ет ал. Кондуктивни МОФ модификовани сепаратор за ублажавање ефекта шатла литијум-сумпорне батерије методом филтрације. АЦС Апплиед Материалс & Интерфацес, 2019, 11(12):11459-11465.
[19] ИОО Ј, ЦХО СЈ, ЈУНГ ГИ, ет ал. ЦОФ мрежа на ЦНТ мрежи као молекуларно дизајнирана, хијерархијска порозна хемијска замка за полисулфиде у литијум-сумпорним батеријама. Нано Леттерс, 2016, 16(5):3292-3300.
[20] ХУ И, ЛИУ Ц. Увођење 1,2-миграције за органобор једињења. Универзитетска хемија, 2019,34(12):39-44.
[21] СОРЕН КМ, СУНИНГ В. Материјали који реагују на стимулусе на бази бора. Цхемицал Социети Ревиевс, 2019, 48(13):3537-3549.
[22] ХУАНГ ЗГ, ВАНГ СН, ДЕВХУРСТ РД, ет ал. Бор: његова улога у енергетским процесима и применама. Ангевандте Цхемие Интернатионал Едитион, 2020, 59(23):8800-8816.
[23] ЗХУ ИХ, ГАО СМ, ХОСМАНЕ Н С. Напредни енергетски материјали обогаћени бором. Инорганица Цхимица Ацта, 2017, 471:577-586.
[24] КХАН К, ТАРЕЕН АК, АСЛАМ М, ет ал. Синтеза, својства и нове електрокаталитичке примене 2Д-борофена ксена. Напредак у хемији чврстог стања, 2020, 59:100283.
[25] РАО ДВ, ЛИУ КСЈ, ИАНГ Х, ет ал. Међуфазна конкуренција између катоде на бази борофена и електролита за вишеструку сулфидну имобилизацију литијум сумпорне батерије. Јоурнал оф Материалс Цхемистри А, 2019,7(12):7092-7098.
[26] ЈИАНГ ХР, СХИИ В, ЛИУ М, ет ал. Борофен и дефектни борофен као потенцијални материјали за сидрење за литијум-сумпорне батерије: студија првих принципа. Јоурнал оф Материалс Цхемистри А, 2018,6(5):2107-2114.
[27] ЗХАНГ ЦИ, ХЕ К, ЦХУ В, ет ал. Хетероструктура допирана прелазним металима борофен-графеном за робусно полисулфидно сидрење: прва студија принципа. Апплиед Сурфаце Сциенце, 2020, 534:147575.
[28] ЗХАНГ Л, ЛИАНГ П, СХУ ХБ, ет ал. Борофен као ефикасан домаћин сумпора за литијум-сумпорне батерије: сузбијање ефекта шатла и побољшање проводљивости. Јоурнал оф Пхисицал Цхемистри Ц, 2017,121(29):15549-15555.
[29] ГРИКСТИ С, МУКХЕРЈЕЕ С, СИНГХ Ц В. Дводимензионални бор као импресиван катодни материјал литијум-сумпорне батерије. Материјали за складиштење енергије, 2018, 13:80-87.
[30] МАННИКС АЈ, ЗХОУ КСФ, КИРАЛИ Б, ет ал. Синтеза борофена: анизотропни, дводимензионални полиморфи бора. Наука, 2015, 350 (6267):1513-1516.
[31] ФЕНГ БЈ, ЗХАНГ Ј, ЗХОНГ К, ет ал. Експериментална реализација дводимензионалних плоча бора. Натуре Цхемистри, 2016, 8(6):564-569.
[32] ПАРАКНОВИТСЦХ ЈП, ТХОМАС А. Допирање угљеника изван азота: преглед напредних угљеника допираних хетероатомима са бором, сумпором и фосфором за енергетске примене. Енерги & Енвиронментал Сциенце, 2013, 6(10):2839-2855.
[33] ВАНГ ХБ, МАИИАЛАГАН Т, ВАНГ Кс. Преглед недавног напретка у графену допираном азотом: синтеза, карактеризација и његове потенцијалне примене. АЦС Цаталисис, 2012, 2(5):781-794.
[34] КСИЕ И, МЕНГ З, ЦАИ ТВ, ет ал. Ефекат допинга бора на графенски аерогел који се користи као катода за литијум сумпорну батерију. АЦС Апплиед Материалс & Интерфацес, 2015, 7(45):25202-25210.
[35] СХИ ПЦ, ВАНГ И, ЛИАНГ Кс, ет ал. Истовремено љуштени листови графена допирани бором за капсулирање сумпора за примену у литијум-сумпорним батеријама. АЦС Сустаинабле Цхемистри & Енгинееринг, 2018, 6(8):9661-9670.
[36] ИАНГ Љ, ЈИАНГ СЈ, ЗХАО И, ет ал. Бором допиране угљеничне наноцеви као електрокатализатори без метала за реакцију редукције кисеоника. Ангевандте Цхемие Интернатионал Едитион, 2011, 50(31):7132-7135.
[37] АИ В, ЛИ ЈВ, ДУ ЗЗ, ет ал. Двоструко затварање полисулфида у хибриду порозне угљеничне сфере/графена допираног бором за напредне Ли-С батерије. Нано истраживања, 2018,11(9):4562-4573.
[38] ИАНГ ЦП, ИИН ИКС, ИЕ Х, ет ал. Увид у ефекат допинга бора на сумпор/угљеничну катоду у литијум-сумпорним батеријама. АЦС Апплиед Материалс & Интерфацес, 2014, 6(11):8789-8795.
[39] КСУ ЦКС, ЗХОУ ХХ, ФУ ЦП, ет ал. Хидротермална синтеза неоткривених угљеничних наноцеви/сумпорних композита допираних бором за литијум-сумпорне батерије високих перформанси. Елецтроцхимица Ацта, 2017, 232:156-163.
[40] ХАН П, МАНТХИРАМ А. Бором и азотом допирани сепаратори обложени редукованим графен оксидом за Ли-С батерије високих перформанси. Јоурнал оф Повер Соурцес, 2017, 369:87-94.
[41] ХОУ ТЗ, ЦХЕН Кс, ПЕНГ ХЈ, ет ал. Принципи дизајна наноугљеника допираног хетероатомом за постизање снажног сидрења полисулфида за литијум-сумпорне батерије. Мала, 2016, 12(24):3283-3291.
[42] КСИОНГ ДГ, ЗХАНГ З, ХУАНГ КСИ, ет ал. Повећање затворености полисулфида у Б/Н-кодопираним хијерархијски порозним угљеничним нанолистовима преко Левис-ове киселинско-базне интеракције за стабилне Ли-С батерије. Јоурнал оф Енерги Цхемистри, 2020,51:90-100.
[43] ИУАН СИ, БАО ЈЛ, ВАНГ ЛН, ет ал. Слој угљеника богатог азотом и бором са графеном за побољшане перформансе литијум-сумпорних батерија због побољшане хемисорпције литијум полисулфида. Адванцед Енерги Материалс, 2016, 6(5):1501733.
[44] ЦХЕН Л, ФЕНГ ЈР, ЗХОУ ХХ, ет ал. Хидротермална припрема закривљених графенских нанотрака са ко-допираним азотом и бором са високим количинама допанта за катоде литијум сумпорних батерија високих перформанси. Јоурнал оф Материалс Цхемистри А, 2017,5(16):7403-7415.
[45] ЈИН ЦБ, ЗХАНГ ВК, ЗХУАНГ ЗЗ, ет ал. Побољшана хемисорпција сулфида коришћењем бором и кисеоником двоструко допираних угљеничних наноцеви са више зидова за напредне литијум-сумпорне батерије. Јоурнал оф Материалс Цхемистри А, 2017,5(2):632-640.
[46] УЛЛАХ С, ДЕНИС ПА, САТО Ф. Необично повећање адсорпционих енергија натријума и калијума у графену са сумпор-азотом и силицијум-бором. АЦС Омега, 2018,3(11):15821-15828.
[47] ЗХАНГ З, КСИОНГ ДГ, СХАО АХ, ет ал. Интеграција металног кобалта и Н/Б хетероатома у порозне угљеничне наноплоче као ефикасан имобилизатор сумпора за литијум-сумпорне батерије. Царбон, 2020, 167:918-929.
[48] ВАНГ П, КУМАР Р, САНКАРАН ЕМ, ет ал. Ванадијум диборид (ВБ2) синтетизован под високим притиском: еластична, механичка, електронска и магнетна својства и термичка стабилност. Неорганска хемија, 2018, 57(3):1096-1105.
[49] ХЕ ГЈ, ЛИНГ М, ХАН КСИ, ет ал. Самостојеће електроде са структуром језгро-љуска за суперкондензаторе високих перформанси. Материјали за складиштење енергије, 2017, 9:119-125.
[50] ВАНГ ЦЦ, АКБАР СА, ЦХЕН В, ет ал. Електрична својства високотемпературних оксида, борида, карбида и нитрида. Јоурнал оф Материалс Сциенце, 1995,30(7):1627-1641.
[51] КСИАО ЗБ, ИАНГ З, ЗХАНГ Љ, ет ал. Сендвич-тип НбС2@С@И-допираног графена за литијум-сумпорне батерије са високим садржајем сумпора, ултрависоке брзине и дуговечности. АЦС Нано, 2017, 11(8):8488-8498.
[52] ВАНГ Љ, ЛИУ ФХ, ЗХАО БИ, ет ал. Угљеничне нано посуде испуњене МоС2 нанолистовима као електродним материјалима за суперкондензаторе. АЦС Апплиед Нано Материалс, 2020,3(7):6448-6459.
[53] БАЛАЦХ Ј, ЛИННЕМАНН Ј, ЈАУМАНН Т, ет ал. Наноструктурирани материјали на бази метала за напредне литијум-сумпорне батерије. Јоурнал оф Материалс Цхемистри А, 2018,6(46):23127-23168.
[54] БЕН-ДОР Л, СХИМОНИ И. Кристална структура, магнетна осетљивост и електрична проводљивост чистог и НиО допираног МоО2 и ВО2. Билтен за истраживање материјала, 1974,9(6):837-44.
[55] САМСОНОВ Г. 难熔化合物手册. 北京:中国工业出版社, 1965: 1-147.
[56] ФЕНГ ЛС, КУН ЦКС, ЛИН МИ, ет ал. Оксиди на бази Нб као анодни материјали за литијум-јонске батерије. Напредак у хемији, 2015,27(2/3):297-309.
[57] ТАО К, МА СЛ, ЦУИ Т, ет ал. Структуре и својства функционалних борида прелазних метала. Ацта Пхисица Синица, 2017, 66(3):036103.
[58] СХЕН ИФ, КСУ Ц, ХУАНГ М, ет ал. Истраживачки напредак кластера бора, бора и једињења бора допираних металима. Напредак у хемији, 2016,28(11):1601-1614.
[59] ГУПТА С, ПАТЕЛ МК, МИОТЕЛЛО А, ет ал. Катализатори на бази металног борида за електрохемијско цепање воде: преглед. Напредни функционални материјали, 2020,30(1):1906481.
[60] ВУ Ф, ВУ Ц. Нове секундарне батерије и њихови кључни материјали засновани на концепту вишеелектронске реакције. Кинески научни билтен, 2014, 59(27):3369-3376.
[61] ГУАН Б, ФАН ЛС, ВУ Кс, ет ал. Лака синтеза и побољшане перформансе литијум-сумпорне батерије композитне катоде од аморфног кобалт борида (Цо2Б)@графена. Јоурнал оф Материалс Цхемистри А, 2018,6(47):24045-24049.
[62] ГУАН Б, ЗХАНГ И, ФАН ЛС, ет ал. Блокирање полисулфида са Цо2Б@ЦНТ преко "синергетског адсорптивног ефекта" ка ултрависоким могућностима и робусној литијум-сумпорној батерији. АЦС Нано, 2019, 13(6):6742-6750.
[63] ГУАН Б, СУН Кс, ЗХАНГ И, ет ал. Откриће међуфазне електронске интеракције унутар кобалт борид@МКСене за литијум-сумпорне батерије високих перформанси. Цхинесе Цхемицал Леттерс, 2020,32(7):2249-2253.
[64] БАСУ Б, РАЈУ ГСУРИ А. Обрада и својства монолитних материјала на бази ТиБ2. Интернатионал Материалс Ревиевс, 2006,51(6):352-374.
[65] ЛИ ЦЦ, ЛИУ КСБ, ЗХУ Л, ет ал. Проводни и поларни титанијум борид као домаћин сумпора за напредне литијум-сумпорне батерије. Хемија материјала, 2018,30(20):6969-6977.
[66] ЛИ ЗЈ, ЈИАНГ ХР, ЛАИ НЦ, ет ал. Дизајнирање ефикасног интерфејса растварач-катализатор за каталитичку конверзију сумпора у литијум-сумпорним батеријама. мистри оф Материалс, 2019,31(24):10186-10196.
[67] ЈИН ЛМ, НИ Ј, СХЕН Ц, ет ал. Метално проводљиви ТиБ2 као мултифункционални модификатор сепаратора за побољшане литијум сумпорне батерије. Јоурнал оф Повер Соурцес, 2020, 448:227336.
[68] ВУ Р, КСУ ХК, ЗХАО ИВ, ет ал. МоБ2-ов оквир од молибдена уметнут у подјединице бора налик борофену омогућава стабилне и брзо делујуће Ли2С6-батерије на бази литијум-сумпора. Материјали за складиштење енергије, 2020, 32:216-224.
[69] ХЕ ЈР, БХАРГАВ А, МАНТХИРАМ А. Молибден борид као ефикасан катализатор за редокс полисулфида који омогућава литијум-сумпорне батерије високе густине енергије. Адванцед Материалс, 2020, 32(40):2004741.
[70] ПАНГ К, КВОК ЦИ, КУНДУ Д, ет ал. Лагани метални МгБ2 посредује полисулфидни редокс и обећава литијум-сумпорне батерије високе густине енергије. Џоул, 2019,3(1):136-148.
[71] ИУ ТТ, ГАО ПФ, ЗХАНГ И, ет ал. Монослој бор-фосфида као потенцијални материјал за сидрење за литијум-сумпорне батерије: студија о првим принципима. Примењена наука о површини, 2019, 486:281-286.
[72] ЈАНА С, ТХОМАС С, ЛЕЕ ЦХ, ет ал. Б3С монослој: предвиђање анодног материјала високих перформанси за литијум-јонске батерије. Јоурнал оф Материалс Цхемистри А, 2019,7(20):12706-12712.
[73] СУН Ц, ХАИ ЦКС, ЗХОУ И, ет ал. Високо каталитичка нановлакна бор нитрида ин ситу узгајана на претходно обрађеном кетјен црни као катода за побољшане перформансе литијум-сумпорних батерија. АЦС Апплиед Енерги Материалс, 2020,3(11):10841-10853.
[74] АРЕНАЛ Р, ЛОПЕЗ БЕЗАНИЛЛА А. Материјали бор нитрида: преглед од 0Д до 3Д (нано)структура. Вилеи Интердисциплинари Ревиевс-Цомпутатионал Молецулар Сциенце, 2015,5(4):299-309.
[75] ЈИАНГ КСФ, ВЕНГ КХ, ВАНГ КСБ, ет ал. Недавни напредак у производњи и примени наноматеријала бор нитрида: преглед. Часопис за науку о материјалима и технологију, 2015,31(6):589-598.
[76] ПРАКАСХ А, НЕХАТЕ СД, СУНДАРАМ К Б. УВ детектори на бази бор-угљен-нитрида метал-изолатор-метал за примену у тешким условима. Оптицс Леттерс, 2016, 41(18):4249-4252.
[77] ЗХАО ИМ, ИАНГ Л, ЗХАО ЈКС, ет ал. Како учинити инертне нанолистове бор нитрида активним за имобилизацију полисулфида за литијум-сумпорне батерије: рачунарска студија. Физичка хемија Хемијска физика, 2017,19(28):18208-18216.
[78] ИИ ИК, ЛИ ХП, ЦХАНГ ХХ, ет ал. Неколико слојева боровог нитрида са конструисаним слободним местима за азот за промовисање конверзије полисулфида као катодне матрице за литијум-сумпорне батерије. Хемија, 2019, 25(34):8112-8117.
[79] ХЕ Б, ЛИ ВЦ, ЗХАНГ И, ет ал. Парагенесис БН/ЦНТс хибрид као моноклински домаћин сумпора за високу брзину и ултра-дуг век литијум-сумпорне батерије. Јоурнал оф Материалс Цхемистри А, 2018,6(47):24194-24200.
[80] ДЕНГ ДР, БАИ ЦД, КСУЕ Ф, ет ал. Мултифункционално јонско сито направљено од 2Д материјала као међуслој за Ли-С батерије. АЦС Апплиед Материалс & Интерфацес, 2019, 11(12):11474-11480.
[81] СУН К, ГУО ПК, СХАНГ КСН, ет ал. Мезопорозни бор угљен нитрид/графен модификовани сепаратори као ефикасна полисулфидна баријера за високо стабилне литијум-сумпорне батерије. Јоурнал оф Елецтроаналитицал Цхемистри, 2019,842:34-40.
[82] ФАН И, ИАНГ З, ХУА ВКС, ет ал. Функционализовани слојеви бор нитрида/графенски међуслој за брзе и дуговечне литијум-сумпорне батерије. Адванцед Енерги Материалс, 2017, 7(13):1602380.
[83] КИМ ПЈХ, СЕО Ј, ФУ К, ет ал. Синергистички заштитни ефекат сепаратора БН-угљеника за високо стабилне литијум сумпорне батерије. НПГ Асиа Материалс, 2017, 9(4):е375.
[84] ПРАМАНИЦК А, ДЕИ ПП, ДАС П К. Анализа микроструктуре, фазе и електричне проводљивости синтерованог карбида бора у плазми с варницом обрађеног ВЕДМ. Церамицс Интернатионал, 2020, 46(3):2887-2894.
[85] ИЕГАНЕХ М, САРАФ ХХ, КАФИ Ф, ет ал. Први принципи истраживања вибрационих, електронских и оптичких својстава боровог карбида сличног графену. Солид Стате Цоммуницатионс, 2020, 305:113750.
[86] ЦХАНГ ИК, СУН КСХ, МА МД, ет ал. Примена тврдих керамичких материјала Б4Ц у складиштењу енергије: дизајнирајте наночестице Б4Ц@Ц језгро-љуска као електроде за флексибилне микро-суперкондензаторе у пуном стању са ултрависоком циклабилности. Нано енергија, 2020,75:104947.
[87] ЛУО Л, ЦХУНГ СХ, АСЛ ХИ, ет ал. Дуготрајне литијум-сумпорне батерије са бифункционалним катодним супстратом конфигурисаним наножицама од бор карбида. Напредни материјали, 2018, 30(39):1804149.
[88] СОНГ НН, ГАО З, ЗХАНГ ИИ, ет ал. Б4Ц наноскелет, флексибилне литијум-сумпорне батерије. Нано енергија, 2019, 58:30-39.
[89] ЗХАНГ РХ, ЦХИ Ц, ВУ МЦ, ет ал. Дуготрајна Ли-С батерија коју омогућава катода направљена од добро распоређених Б4Ц наночестица украшених активним памучним влакнима. Јоурнал оф Повер Соурцес, 2020, 451:227751.
