A bór alapú anyagok közelmúltbeli fejlődése a lítium-kén akkumulátorban
Szerző:LI Gaoran, LI Hongyang, ZENG Haibo
MIIT Key Laboratory of Advanced Display Materials and Devices, Institute of Nano Optoectronic Materials, School of Material Science and Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094
Absztrakt
A lítium-kén (Li-S) akkumulátorok nagy energiasűrűsége és alacsony költsége miatt döntő szerepet játszanak a következő generációs elektrokémiai energiatárolási technológia fejlesztésében. Gyakorlati alkalmazásukat azonban továbbra is gátolja a konverziós reakciók lassú kinetikája és alacsony reverzibilitása, amelyek hozzájárulnak a viszonylag alacsony gyakorlati kapacitáshoz, a coulombikus hatástalansághoz és a kerékpározási instabilitáshoz. Ebben a tekintetben a vezetőképes, adszorptív és katalitikus funkcionális anyagok racionális tervezése kritikus utat jelent a kén elektrokémiájának stabilizálásához és elősegítéséhez. A bór egyedi atomi és elektronikus szerkezetének előnyeit élvező bóralapú anyagok sokféle és hangolható fizikai, kémiai és elektrokémiai tulajdonsággal rendelkeznek, és kiterjedt kutatási figyelmet kaptak a Li-S akkumulátorok terén. Ez a tanulmány áttekinti a bóralapú anyagok, köztük a borofén, a bóratommal adalékolt szén, a fémboridok és a nemfém-boridok Li-S akkumulátorokban való legújabb kutatási előrehaladását, lezárja a fennmaradó problémákat, és javaslatot tesz a jövőbeli fejlesztési perspektívára.
Kulcsszavak:lítium-kén akkumulátor, borid, kémiai dopping, borofén, shuttle-effektus, áttekintés
A zöld megújuló energia fejlesztése, a fejlett energiaátalakítási és -tárolási módszerek kidolgozása, valamint a hatékony és tiszta energiarendszer kialakítása elkerülhetetlen választás az energiaválság és az éghajlatváltozás kezelésére a mai világban. Az elektrokémiai energiatárolási technológia, amelyet az akkumulátorok képviselnek, új tiszta energiát képes átalakítani és tárolni, és azt hatékonyabban és kényelmesebben hasznosítani, fontos szerepet játszva a zöldenergia-gazdaságosság és a fenntartható fejlődés elősegítésében [1,2]. Számos akkumulátortechnológia közül a lítium-ion akkumulátorok előnye a nagy energiasűrűség és a memóriaeffektus hiánya. 1991-es kereskedelmi forgalomba hozatala óta gyors fejlődést ért el, és széles körben alkalmazták elektromos járművekben, hordozható elektronikai eszközökben, honvédelemben és más területeken [3,4]. Az elektromos berendezések folyamatos fejlesztésével azonban a hagyományos lítium-ion akkumulátorok nem tudták kielégíteni a növekvő energiaigényt. Ennek fényében a lítium-kén akkumulátorok széles körű figyelmet keltettek nagy elméleti fajlagos kapacitásuk (1675 mAh·g-1) és energiasűrűségük (2600 Wh∙kg-1) miatt. Ugyanakkor a kénkészletek bőségesek, széles körben elterjedtek, alacsony árfekvésűek és környezetbarátak, így a lítium-kén akkumulátorok az elmúlt években az új szekunder akkumulátorok kutatási központjává váltak [5,6].
1 A lítium-kén akkumulátorok működési elve és meglévő problémái
A lítium-kén akkumulátorok általában elemi ként használnak pozitív elektródaként és fém lítiumot negatív elektródaként. Az akkumulátor alapvető felépítése az 1(a) ábrán látható. Az elektrokémiai reakció egy többlépcsős konverziós reakció folyamat, amely többszörös elektrontranszferrel jár, szilárd-folyadék fázisátalakulással és lítium-poliszulfid intermedierek sorozatával (1(b) ábra) [7,8]. Ezek közül a reakciólánc mindkét végén elhelyezkedő elemi kén és a rövid szénláncú Li2S2/Li2S nem oldódik az elektrolitban, és kiválás formájában van jelen az elektród felületén. A hosszú láncú lítium-poliszulfidnak (Li2Sx, 4 kisebb vagy egyenlő, mint x Kisebb vagy egyenlő, mint 8) nagyobb az oldhatósága és a migrációs képessége az elektrolitban. Az elektródaanyagok belső tulajdonságai és szilárd-folyadék fázisú átalakulási reakciómechanizmusa alapján a lítium-kén akkumulátorok energia- és költségelőnyökkel rendelkeznek, de számos problémával és kihívással is szembesülnek [9,10,11,12]:
1. ábra (a) lítium-kén akkumulátor konfiguráció és (b) megfelelő töltési-kisütési folyamat sematikus diagramja[7]
1) A szilárd fázisú elemi kén és Li2S felhalmozódik az elektródák felületén, és belső elektron- és iontehetetlensége a töltésátvitel nehézségéhez és lassú reakciókinetikájához vezet, ezáltal csökken az aktív anyagok felhasználási aránya és az akkumulátor tényleges kapacitása.
2) Nagy sűrűségkülönbség van a kén és a Li2S között a reakciólánc mindkét végén (2,07 vs 1,66 g∙cm{6}}). Az anyag a reakciófolyamat során akár 80%-os térfogatváltozást is tapasztal, és az elektróda mechanikai szerkezeti stabilitása óriási kihívások elé néz.
3) A lítium-poliszulfid oldódási és migrációs viselkedése az elektrolitban súlyos "shuttle-effektust" okoz, ami súlyos aktív anyagveszteséget és Coulomb-veszteséget eredményez. Emellett a lítium-poliszulfid részt vesz az anód felületén zajló kémiai/elektrokémiai mellékreakciókban, ami nemcsak további aktív anyagok veszteséget okoz, hanem passziválja és korrodálja az anód felületét, súlyosbítja a lítium-dendritek képződését és növekedését, valamint növeli a biztonsági kockázatokat.
Ezek a problémák egymással összefüggenek és egymást befolyásolják, ami nagymértékben megnöveli az akkumulátorrendszer összetettségét, ami megnehezíti a jelenlegi lítium-kén akkumulátorok gyakorlati alkalmazási igényeinek kielégítését az aktív anyagfelhasználás, a tényleges energiasűrűség, a ciklusstabilitás és a biztonság tekintetében. . A fenti problémák elemzéséből látható, hogy a kén-elektrokémiai reakciófolyamat ésszerű szabályozása az egyetlen mód a lítium-kén akkumulátorok teljesítményének javítására. A kén elektrokémia hatékony kezelésének és fejlesztésének módja a fejlett funkcionális anyagok célzott tervezésétől, fejlesztésétől és alkalmazásától függ. Közülük a legreprezentatívabb stratégia a vezetőképes, adszorpciós és katalitikus tulajdonságokkal rendelkező funkcionális anyagok kifejlesztése kénkatód gazdaként vagy módosított szeparátorként. A lítium-poliszulfiddal való fizikai és kémiai kölcsönhatás révén az aktív anyag a pozitív elektród területére korlátozódik, gátolja az oldódást és diffúziót, és elősegíti annak elektrokémiai átalakulását. Ezáltal enyhíthető az inga hatás, és javul az akkumulátor energiahatékonysága és ciklusstabilitása [13,14]. Ezen elképzelés alapján a kutatók különféle típusú funkcionális anyagokat fejlesztettek ki célzottan, beleértve szénanyagokat, vezető polimereket, fém szerves vázakat, fémoxidokat/szulfidokat/nitrideket stb. Jó eredményeket értek el [15,16,17, 18,19].
2 Bór alapú anyagok alkalmazása lítium-kén akkumulátorokban
A bór a legkisebb metalloid elem. Kis atomi sugara és nagy elektronegativitása megkönnyíti a fémes kovalens vegyületek képzését. A bóratomok tipikus elektronhiányos szerkezetűek, vegyértékelektron konfigurációjuk 2s22p1. Különböző hibridizációs formákon keresztül egy vagy több elektronon osztozhatnak más atomokkal, így többcentrikus kötést alkotnak [20,21]. Ezek a jellemzők rendkívül hangolhatóvá teszik a borid szerkezetet, amely egyedülálló és gazdag kémiai és fizikai tulajdonságokat mutat, és széles körben alkalmazható számos területen, mint például a könnyűipar, az építőanyagok, a honvédelem, az energia stb. [22,23]. Ehhez képest a lítium-kén akkumulátorok bóralapú anyagokkal kapcsolatos kutatása még gyerekcipőben jár. Az elmúlt években a nanotechnológia és a jellemzési módszerek tovább fejlődtek, a bór alapú anyagok szerkezeti jellemzőit folyamatosan tárták és fejlesztették, így ezek célzott kutatása és alkalmazása a lítium-kén rendszerekben is kezdett megjelenni. Ennek fényében ez a cikk olyan tipikus bóralapú anyagokra összpontosít, mint a borofén, a bóratommal adalékolt szén, a fémboridok és a nem fémboridok. Ez a cikk áttekinti a lítium-kén akkumulátorok legújabb kutatási eredményeit, összefoglalja a meglévő problémákat, és várakozással tekint a jövőbeli fejlesztési irányok elé.
2,1 Borin
A bórelemek között igen reprezentatív allotrópként a borofén egy atom vastagságú kétdimenziós szerkezete hasonló a grafénéhoz. Az ömlesztett bór elemmel összehasonlítva kiváló elektromos, mechanikai és termikus tulajdonságokkal rendelkezik, és kétdimenziós anyagokban feltörekvő csillag [24]. A bóratomok elrendeződésének topológiai különbségei alapján a borofén gazdag kristályszerkezettel és elektronikus tulajdonságokkal, valamint anizotróp vezető tulajdonságokkal rendelkezik. Amint a 2(a, b) ábrából látható, a borofénben lévő elektronok általában a bóratomok tetején koncentrálódnak, és ezek az elektronpolarizációs régiók nagyobb kötési aktivitással rendelkeznek. Várhatóan jó kémiai adszorpciós helyeket biztosít a poliszulfidok számára a lítium-kén akkumulátorrendszerekben [25]. Ugyanakkor a borofén fólia jó elektromos vezetőképességgel és fizikai és kémiai stabilitással rendelkezik, így jó alkalmazási potenciállal rendelkezik a lítium-kén akkumulátorokban.
2. ábra (a) Különböző borofének szerkezeti modelljei és megfelelő töltéssűrűség-eloszlásaik, (b) poliszulfidok adszorpciós energiái különböző boroféneken[25]
Jiang et al. [26] elméleti számításokkal megállapította, hogy a borofén erős adszorpciós kapacitást mutat a lítium-poliszulfidhoz. Ez az erős kölcsönhatás azonban könnyen kiválthatja a Li-S klaszterek bomlását is, ami a kén, az aktív anyag elvesztését eredményezheti. Összehasonlításképpen, a belső hibás szerkezetű borofén felülete kíméletesebben adszorbeálja a lítium-poliszulfidot [27], ami lehetővé teszi a transzfer viselkedésének korlátozását, miközben elkerüli a gyűrűszerkezet bomlását és tönkremenetelét. Várhatóan alkalmasabb lítium-poliszulfid adszorpciós anyaggá válik. Ugyanakkor a borofén-lítium-poliszulfid adszorpciós szerkezet energiasávelemzési eredményei azt mutatják, hogy az adszorpciós klaszterek fémesek, ami elsősorban a bór belső fémes tulajdonságainak és erős elektroakusztikus csatolási szilárdságának köszönhető. Várhatóan elősegíti a kén elektrokémiai átalakítási folyamatát a jobb reakciókinetika elérésében [28]. Ezenkívül Grixti et al. [29] a lítium-poliszulfid molekulák diffúziós folyamatát szimulálta a 12-borén felületén. Azt találták, hogy a 12-borén erős adszorpciót mutat egy sor lítium-poliszulfidhoz. A Li2S6 és Li2S4 molekulák legalacsonyabb diffúziós energiagátja a fotel irányban 0,99, illetve 0,61 eV, ami könnyebb, mint a cikcakk irányú diffúzió. Jó adszorpciós képességének és mérsékelt diffúziós energiagátjának köszönhetően a 12-borén kiváló lítium-poliszulfid adszorpciós anyagnak számít, amely várhatóan elnyomja a lítium-kén akkumulátorok ingázó hatását, és javítja a kén elektrokémiai reakcióinak visszafordíthatóságát.
A lítium-kén akkumulátorok bórhígításával kapcsolatos jelenlegi kutatások nagy része azonban még mindig az elméleti előrejelzési szakaszban marad, és kísérleti megerősítésekről ritkán számolnak be. Ennek oka elsősorban a bórhígítás nehézsége. A bór létezését az 1990-es években jósolták, de valójában csak 2015-ben készült [30]. Ennek részben az lehet az oka, hogy a bórnak csak három vegyértékelektronja van, és vázszerkezetet kell alkotnia a hiányzó elektronok kompenzálásához, ami megkönnyíti a 3D-s, nem pedig a 2D-s szerkezet kialakítását. Jelenleg a bór előállítása általában olyan technológiákra támaszkodik, mint a molekuláris nyaláb epitaxia és nagy vákuum, magas hőmérséklet és egyéb körülmények, és a szintézis küszöbe magas [31]. Ezért szükséges egy egyszerűbb és hatékonyabb bórhígítású szintézis módszer kidolgozása, valamint hatásának és a kapcsolódó mechanizmusok további kísérleti feltárása és bemutatása lítium-kén akkumulátorokban.
2.2 Bór atomok adalékolt szénnel
A kémiailag adalékolt szénanyagok forró anyagok az új energetikai kutatások területén. A megfelelő elemadagolás megőrizheti a szénanyagok előnyeit, például a könnyű súlyt és a nagy vezetőképességet, miközben további fizikai és kémiai tulajdonságokat biztosít számukra, hogy alkalmazkodjanak a különböző alkalmazási forgatókönyvekhez [32,33]. A kémiailag adalékolt szénanyagokat széles körben tanulmányozták lítium-kén akkumulátorokban [34,35], amelyek között gyakoribb az erősen elektronegatív atomokkal, például nitrogénatomokkal történő adalékolás. Ezzel szemben a bór elektronhiányos szerkezetű, és kevésbé elektronegatív, mint a szén. A szénrácsba való beépülés után elektropozitívvá válik. Várhatóan jó adszorpciós hatást fejt ki a negatív töltésű poliszulfid anionokon, ezáltal enyhíti a transzferhatást [36,37].
Yang et al. [38] bórral adalékolt porózus szenet használtak kénkatód hordozóanyagként, és azt találták, hogy a bór adalékolás nemcsak a szénanyag elektronikus vezetőképességét javította, hanem a szénmátrix pozitív polarizációját is indukálta. A negatív töltésű poliszulfid-ionok elektrosztatikus adszorpción és Lewis-kölcsönhatáson keresztül hatékonyan adszorbeálódnak és lehorgonyozódnak, ezáltal gátolják oldódásukat és diffúziójukat (3(a, b) ábra). Ezért a bórral adalékolt porózus szénen alapuló kén katód nagyobb kezdeti kapacitást és stabilabb ciklusteljesítményt mutat, mint a tiszta szénnel és nitrogénnel adalékolt minták. Xu et al. [39] hidrotermális egyedényes módszerrel bóratommal adalékolt szén nanocső/kén kompozit katódanyagot (BUCNTs/S) nyert. A folyékony fázisú in situ szintézis révén a kén egyenletesebben oszlik el a kompozitban, míg a bór adalékolás a szénalapú befogadó anyagnak nagyobb elektromos vezetőképességet és erősebb kénmegkötő képességet biztosít. Az így kapott BUCNTs/S elektróda kezdeti kapacitása 1251 mAh∙g{13}} volt 0,2°C-on, és 400 ciklus után is 750 mAh∙g-1 kapacitást tudott fenntartani. Az akkumulátor funkcionális szeparátorok tervezésében a kénkatódos házak mellett a bórral adalékolt szénanyagok is fontos szerepet játszanak. Han és mtsai. [40] Könnyű, bórral adalékolt grafént vontak be hagyományos szeparátoron, hogy létrehozzanak egy funkcionális módosító réteget, annak adszorpcióját és a poliszulfidok újrafelhasználását a transzferhatás hatékony enyhítésére és az aktív anyagok felhasználási arányának javítására.
3. ábra (a) B-adalékolt szénváz vázlata, (b) különböző elemekkel adalékolt porózus szénen alapuló kénkompozitok S2p XPS spektruma; és (c) az NBCGN/S kompozit töltés-kisülési folyamatának sémája, (d) ciklikus ciklus 0.2C-on és (e) a különböző elemekkel adalékolt ívelt grafén nanoszalagokon alapuló kénelektródák sebességi teljesítménye[44]
Tekintettel a különböző adalékanyagok alapvető tulajdonságaira és a szénrácsszerkezetben való eltérő hatásmódjára, a többelemes társadalékolás az egyik fontos stratégia a szénanyagok felületi kémiájának szabályozására és a kén elektrokémiai reakcióinak javítására [41, 42, 43]. Ebben a tekintetben Kuang kutatócsoportja [44] hidrotermális módszerrel először szintetizált nitrogénnel és bórral együtt adalékolt grafén nanoszalagokat (NBCGN-eket) a kénkatód hordozóanyagaként, amint az a 3(c) ábrán látható. A tanulmány megállapította, hogy a nitrogén és a bór együttes adalékolás szinergetikus hatása nem csak arra készteti az NBCGN-eket, hogy nagyobb fajlagos felületet, pórustérfogatot és nagyobb vezetőképességet kapjanak, hanem elősegíti a kén egyenletes eloszlását is a katódon. Ennél is fontosabb, hogy a bór és a nitrogén elektronhiányos és elektronban gazdag centrumként működnek az együtt adalékolt rendszerben. Lewis-kölcsönhatásokon keresztül Sx2-, illetve Li+ köthető, ezáltal hatékonyabban adszorbeálja a lítium-poliszulfidot, és jelentősen javítja az akkumulátor ciklus- és sebességteljesítményét (3(d, e) ábra). A nagy és alacsony elektronegativitású elemek hasonló adalékolási stratégiái alapján. Jin et al. [45] bórsavval dópoló anyagként bórral és oxigénnel együtt adalékolt, többfalú szén nanocső gazdaanyagot állított elő. Az így kapott akkumulátor 100 ciklus után is megtartja 937 mAh∙g{19}} fajlagos kapacitását, ami lényegesen jobb, mint a hagyományos széncsöveken alapuló akkumulátor teljesítménye (428 mAh∙g-1). Emellett a kutatók más doppingolási formákat is kipróbáltak. A boroszilikáttal együtt adalékolt grafén [46], a kobaltfém és a bór-nitrogénnel együtt adalékolt grafén [47] stb. hatékonyan javította az akkumulátor teljesítményét. Az együtt adalékolt komponensek szinergetikus hatása döntő szerepet játszik a kén elektrokémiai reakciójának javításában.
A bór elem adalékolása hatékonyan javíthatja a szénanyagok belső vezetőképességét és felületi kémiai polaritását, erősítheti a kémiai adszorpciót és gátolja a lítium-poliszulfid ingadozási viselkedését, ezáltal javítva a kén elektrokémiai reakciókinetikáját és stabilitását, valamint javítja az akkumulátor teljesítményét. Ennek ellenére a lítium-kén akkumulátorok bórral adalékolt szénanyagainak kutatása során továbbra is számos probléma merül fel, amelyek további feltárást és elemzést igényelnek. Például a bór adalék mennyiségének és az adalékolás konfigurációjának hatása a szén anyagok lítium-poliszulfidjának vezetőképességére, felületi töltéseloszlására és adszorpciós viselkedésére. Ugyanakkor a magas bór-adalékolási szintet tartalmazó szénanyagok előállítása és az adalékolási konfiguráció pontos szabályozása a fejlett előkészítési módszerek és technológiák fejlődésétől függ. Ezen túlmenően a többelemes, együtt adalékolt rendszerek esetében a megfelelőbb adalékelem-kombinációkat még tovább kell vizsgálni. Létre kell hozni egy szisztematikus szerkezet-aktivitás összefüggést a koadalékolt szerkezet szinergikus hatásmechanizmusának és a kénelektrokémiában a gazda-vendég kölcsönhatások módjára és intenzitására gyakorolt hatásának tisztázására.
2.3 Fémboridok
A fémvegyületek mindig is a lítium-kén akkumulátorok funkcionális anyagainak kutatási gócpontjai voltak belső kémiai polaritási jellemzőik, valamint jó morfológiai és szerkezeti plaszticitásuk miatt. Ez különbözik a közönséges fém-oxidoktól, szulfidoktól, nitridektől és más ionos vegyületektől. A fémboridok általában bórból és kovalens kötéseken alapuló fémelemekből állnak, és töltött szerkezetük örökli a fémesség egy részét. Sokkal nagyobb vezetőképességet mutat, mint más fémvegyületek (4. ábra) [48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56], és gyors elektronutánpótlást tud biztosítani az elektrokémiai reakciókhoz [57]. Ugyanakkor a fém és a bór között lokálisan korlátozott ionkötésű poláris szerkezet van, amely jó adszorpciós helyeket biztosíthat a poliszulfidoknak [58,59]. Emellett az erősen elektronegatív bór stabilitása átmeneti fémekkel való ötvözés után gyengül, és könnyebben vesz részt a redox reakciókban. Ez lehetővé teszi, hogy a fém-boridok felületi reakciókon keresztül közvetítőként részt vegyenek a lítium-kén elektrokémiai reakciókban [60].
4. ábra Vezetőképesség összehasonlítása a fémvegyületek több kategóriájával[48,49,50,51,52,53,54,55,56]
Guan et al. [61] kénkatódok hordozóanyagát állította elő úgy, hogy amorf Co2B nanorészecskéket töltött fel grafénra folyadékfázisú redukciós módszerrel. Tanulmányok kimutatták, hogy a bór és a kobalt egyaránt adszorpciós helyként szolgálhat a lítium-poliszulfid kémiai rögzítéséhez, ezáltal gátolva annak oldódását és migrációját. A grafén kiváló nagy hatótávolságú vezetőképességével párosulva az akkumulátor fajlagos kisütési kapacitása 758 mAh·g-1 450 ciklus után 1C-os sebesség mellett, a kapacitás ciklusonkénti csökkenési sebessége pedig { {26}},029%, ami kiváló ciklusteljesítményt mutat. Hasonló szinergikus adszorpciós hatás alapján a lítium-kén akkumulátorok funkcionális szeparátoraként használt Co2B@CNT kompozit anyag Li2S6 adszorpciós kapacitása akár 11,67 mg∙m{15}} [62], ami képes hatékonyan blokkolja a poliszulfidok diffúzióját és behatolását, és eléri a transzferhatás gátlásának célját. Ezen az alapon Guan et al. [63] továbbá kétdimenziós fémkarbidot (MXene) használt hordozóként a Co2B@MXene heterojunkciós kompozit anyag előállításához (5(a-d) ábra). Elméleti számításokkal azt találták, hogy a heterojunkciós interfészen az elektronok kölcsönhatása elektronok átviteléhez vezet a Co2B-ből az MXene-be. Ez a hatás javítja a Co2B poliszulfidok adszorpcióját és katalitikus képességét (5(a, b) ábra). Ezért a Co2B@MXene funkcionálisan módosított szeparátoron alapuló akkumulátor kapacitása 2000 ciklus alatt csak 0,0088% ciklusonként. És 5,1 mg∙cm-2 kénterhelés mellett a fajlagos kapacitás még mindig eléri az 5,2 mAh∙cm-2 (5(c, d) ábra). Meg kell jegyezni, hogy a kristályos fázisú szerkezetekhez képest az ilyen típusú amorf fázisú fémborid anyagok kíméletesebbek és egyszerűbbek az anyagok előkészítésében. Atom- és molekulaszerkezetének szabályozhatósága és stabilitása azonban viszonylag gyenge, ami nagy akadályt jelent komponenseinek és mikroszerkezetének tisztázásához, valamint a kén elektrokémiai reakciófolyamatára gyakorolt hatásmechanizmusának feltárásához.
5. ábra (a) Li2S4 adszorpciós konfigurációk Co2B és Co2B@MXene felületeken, (b) az elektronok újraelosztásának sémája a Co2B és MXene közötti interfészeken, (c) a sejtek ciklusteljesítménye Co2B@MXene és más szeparátorok alapján, ( d) a Co2B@MXene cella hosszú távú kerékpározási teljesítménye[63]; (e) sematikus szemléltetés a poliszulfidok felület-kémiai bezáródásáról TiB2-n, (f) adszorpciós konfigurációk és (g) kénfajták energiái a TiB2 (001) és (111) felületén, (h) nagy terhelési teljesítmény és (i) ) TiB2-alapú kénelektróda hosszú távú ciklikus működése[63,65]
A TiB2 egy klasszikus fém-borid, kiváló elektromos vezetőképességgel (~106 S∙cm-1), és széles körben használják olyan területeken, mint a vezetőképes kerámia, a precíziós megmunkálás és az elektrokémiai eszközök. A TiB2 tipikus hatszögletű szerkezetű, nagy keménységgel és szerkezeti rugalmassággal rendelkezik, ami segít alkalmazkodni a kénreakció térfogatváltozásához. Ugyanakkor a felületén található nagyszámú telítetlen struktúra várhatóan erős határfelületi kémiai kölcsönhatást hoz létre a lítium-poliszulfiddal [64], ezáltal jó adszorpciós és elzáró hatást ér el. Li és mtsai. [65] először számolt be arról, hogy a TiB2-t kénkatódok hordozóanyagaként használták. Amint az 5(e~g) ábrán látható, a kénnel végzett termikus kompaundálás során a TiB2 felülete részben kénesödik. A reakció során keletkező lítium-poliszulfid a van der Waals erők és Lewis sav-bázis kölcsönhatások révén hatékonyan adszorbeálódik, és ennek a mechanizmusnak a hatása jelentősebb a (001) felületen. A kapott kénkatód stabil, 500 ciklusból álló ciklust ért el 1 C sebesség mellett, ugyanakkor a fajlagos kapacitás 100 ciklus után is megtartotta a 3,3 mAh∙cm{15}} értéket 3,9 mg∙cm kénterhelés mellett. }}. jó elektrokémiai teljesítményt mutatott (5(h, i) ábra). Az XPS analízis és az elméleti számítások eredményei alapján a TiB2 kiváló lítium-poliszulfid adszorpciós hatása a felületi "passzivációs" mechanizmusának tulajdonítható. Ezenkívül Lu kutatócsoportja [66] összehasonlította a TiB2, TiC és TiO2 lítium-poliszulfidra gyakorolt adszorpciós hatásait, és feltárta a megfelelő kémiai adszorpció és szolvatációs deszorpció közötti kompetíciós mechanizmust. Az eredmények azt mutatják, hogy az alacsonyabb elektronegativitású bór a TiB2-t erősebb adszorpciós képességűvé teszi, és gyenge szolvatációs kapacitású éter-elektrolittal kombinálva hatékonyan javítja a kénhasznosítást és fokozza az elektrokémiai reakciók reverzibilitását. Ennek fényében a TiB2-t többfunkciós szeparátorok [67] megalkotására is használták, amelyek hatékonyan adszorbeálják, rögzítik és újrahasznosítják az aktív anyagokat, jelentősen javítva az akkumulátorciklus stabilitását. A kapacitás a kezdeti érték 85%-át képes fenntartani 300 ciklus után 0,5 C-on.
A TiB2-hez hasonlóan a MoB is jó vezetőképességgel rendelkezik, és belső kétdimenziós szerkezete alkalmas az adszorpciós helyek teljes feltárására, és várhatóan jó kénkatód katalizátor lesz [68]. Az austini Texasi Egyetem Manthiram kutatócsoportja [69] Sn-t használt redukálószerként, és szilárd fázisú módszerrel MoB nanorészecskéket szintetizált, ami jó adszorpciós és katalitikus képességet mutatott a lítium-poliszulfid esetében. A MoB nagy elektronikus vezetőképességgel rendelkezik (1,7×105 S∙m-1), amely gyors elektronutánpótlást biztosít a kénreakciókhoz; ugyanakkor a MoB hidrofil felületi tulajdonságai elősegítik az elektrolit nedvesítését és elősegítik a lítium-ionok gyors szállítását. Ez biztosítja az aktív anyagok hasznosítását szegény elektrolit körülmények között; emellett a nanoméretű MoB teljes mértékben feltárja az elektronhiányos bóratomok által indukált katalitikus aktív helyeket, lehetővé téve az anyagnak mind a kiváló belső, mind a látszólagos katalitikus aktivitást. Ezen előnyök alapján még kis mennyiségű MoB hozzáadása is jelentősen javíthatja az elektrokémiai teljesítményt és jelentős gyakorlatiasságot mutat. Az így kapott akkumulátor kapacitása csak 0,03%-os ciklusonként 1,000 ciklus után 1C sebesség mellett. És 3,5 mg∙cm{17}} kénterhelés és 4,5 ml∙g-1 elektrolit/kén arány (E/S) mellett kiváló lágycsomagú akkumulátorciklus-teljesítményt értünk el. Ezenkívül a Nazar kutatócsoport [70] könnyű MgB2-t használt a lítium-poliszulfid elektrokémiai konverziós közegeként. Azt találták, hogy mind a B, mind a Mg szolgálhat adszorpciós helyként a poliszulfid anionok számára, erősítheti az elektronátvitelt, és jobb ciklusstabilitást érhet el nagy kénterhelés mellett (9,3 mg∙cm{26}}).
Ezek a munkák teljes mértékben illusztrálják a fémboridok hatékonyságát és fölényét a kén elektrokémiai reakcióinak javításában. Összehasonlítva azonban az olyan rendszerekkel, mint a fém-oxidok és -szulfidok, még mindig viszonylag kevés kutatási jelentés készült a lítium-kén akkumulátorok fémboridjairól, és az anyagokkal és a kapcsolódó mechanizmusokkal kapcsolatos kutatásokat is bővíteni és elmélyíteni kell. Ezenkívül a kristályos fémboridok általában nagy szerkezeti szilárdsággal rendelkeznek, és az előállítási folyamat magas energiagátakon való átlépést, valamint magas hőmérsékletet, nagy nyomást és egyéb zord körülményeket igényel, ami korlátozza kutatásukat és alkalmazásukat. Ezért a fémborid-kutatásban is fontos irány az egyszerű, enyhe és hatékony fémborid szintézis módszerek kidolgozása.
2.4 Nem fém boridok
A fémboridokhoz képest a nemfém-boridok általában kevésbé sűrűek és könnyebbek, ami előnyös a nagy energiasűrűségű akkumulátorok fejlesztése szempontjából; alacsonyabb vezetőképességük azonban ellenáll a kén elektrokémiai reakcióinak hatékonyságának és kinetikájának. Jelenleg a kutatók bizonyos előrelépést értek el a lítium-kén akkumulátorok kénrögzítő anyagainak megalkotásában, amelyek nem fémboridokon alapulnak, beleértve a bór-nitridet, bór-karbidot, bór-foszfidot és bór-szulfidot [71, 72, 73].
A bór-nitrid (BN) és a bór-karbid (BC) a két legreprezentatívabb és legszélesebb körben vizsgált nemfém-borid. A BN nitrogénatomokból és bóratomokból áll, amelyek felváltva kapcsolódnak egymáshoz, és főként négy kristályformát foglal magában: hatszögletű, trigonális, köbös és leurit [74]. Ezek közül a hatszögletű bór-nitrid (h-BN) olyan jellemzőkkel rendelkezik, mint a széles sávszélesség, nagy hővezető képesség, valamint jó hő- és kémiai stabilitás a grafitszerű kétdimenziós szerkezetének és a lokalizált elektronikus polarizációs jellemzőknek köszönhetően [75,76]. A BN szerkezet nyilvánvaló poláris jellemzőkkel rendelkezik, és erős kémiai adszorpciós képességgel rendelkezik a lítium-poliszulfidhoz. Ugyanakkor a felület kémiai jellemzői szabályozhatók elemadalékolással és topológiai hibakonstrukcióval, hogy biztosítsák a poliszulfid molekulaszerkezet stabilitását, miközben javítják annak adszorpciós erejét [77]. Ezen ötlet alapján Yi et al. [78] egy nitrogénszegény, néhány rétegű bór-nitridről (v-BN) számolt be kénkatódok hordozóanyagaként (6(a) ábra). Tanulmányok kimutatták, hogy a v-BN elektropozitív üresedései nemcsak a poliszulfidok rögzítését és átalakítását segítik elő, hanem a lítium-ionok diffúzióját és migrációját is felgyorsítják. Az eredeti BN-hez képest a v-BN-alapú katód kezdeti kapacitása nagyobb 0.1C-on (1262 vs 775 mAh∙g-1), és kapacitáscsökkenési sebessége 5{{24} után nagyobb. }0 ciklus 1 C-on csak 0,084% ciklusonként. Jó kerékpáros stabilitást mutat. Ezenkívül He és mtsai. [79] azt találta, hogy az O adalékolás tovább javíthatja a BN felület kémiai polaritását, nagyobb fajlagos felület kialakítására készteti az anyagot, és ezzel egyidejűleg javítja a belső és látszólagos adszorpciós tulajdonságokat.
6. ábra (a) A v-BN[ TEM-képe és sematikus atomszerkezete78]; (b) A g-C3N4/BN/grafén kompozit ionszita sémája és (c) a megfelelő Li-S sejtciklus-teljesítmény[80]; d) a BN/Celgard/szén háromrétegű szeparátor sematikus és optikai képe, és e) a megfelelő cellaciklus-teljesítmény[83]; (f) A séma és (g) a B4C@CNF SEM képe és a B4C nanohuzal modellje, (h) Li2S4 adszorpciós energiák a B4C[ különböző oldalain87]
Bár a BN anyag jó kémiai adszorpciós tulajdonságokkal rendelkezik, saját gyenge vezetőképessége nem kedvez a reaktív töltésátvitelnek. Ezért a vezető anyagokat tartalmazó kompozit szerkezetek tervezése fontos módja az átfogó adszorpciós és katalitikus teljesítményük további javításának. Ennek fényében Deng et al. [80] grafitszerű szén-nitrid (g-C3N4), BN és grafén alapú kompozit ionszitát tervezett a lítium-kén akkumulátorok többfunkciós közbenső rétegeként (6(b) ábra). Közülük a g-C3N4 szerkezetben található 0,3 nm méretű rendezett ioncsatornák hatékonyan blokkolják a poliszulfidokat, és lehetővé teszik a lítium-ionok áthaladását. A BN reakciókatalizátorként szolgál a poliszulfidok átalakulásának elősegítésére, a grafén pedig beépített áramgyűjtőként szolgál, hogy kiváló hosszú távú vezetőképességet biztosítson. . A három kétdimenziós komponens szinergikus hatásának köszönhetően az így létrejövő akkumulátor több mint 5{35}}0 cikluson keresztül stabilan ciklusokat tud végezni magas, 6 mg∙cm-2 kénterhelés mellett 1C sebesség mellett. (6. ábra c) pont). Emellett a kutatók egy vékony réteg BN nanosheet/grafén kompozit filmet próbáltak felvinni a katód felületére védőrétegként egyszerűbb és közvetlenebb formában [81,82]. Hatékonyan gátolja a lítium-poliszulfid feloldódását és diffúzióját, és jelentősen javítja a kén katód fajlagos kapacitását és ciklusstabilitását. 1000 ciklus alatt 3 C-on a kapacitás csillapítási aránya ciklusonként csak 0,0037%. Érdekes módon a Hanyang Egyetemen működő Ungyu Paik kutatócsoport [83] egy másik ötletkombinációt fogadott el egy BN/Celgard/karbon szendvics szerkezetű többfunkciós szeparátor megalkotására. Amint az a 6(d) ábrán látható, a széntartalmú réteg és a BN réteg rendre bevonva van a hagyományos szeparátor pozitív és negatív elektródoldalán. Közülük a szénréteg és a BN réteg együttesen blokkolhatja a lítium-poliszulfid ingázóját, és korlátozhatja diffúzióját a negatív elektróda felületére. Ugyanakkor a negatív elektród oldalán lévő BN réteg korlátozza a lítium-dendritek növekedését is. Ennek az együttműködő védelmi mechanizmusnak köszönhetően az akkumulátor 250 ciklus után 0,5 C-on nagy kapacitás-megtartási rátával (76,6%) és fajlagos kapacitással (780,7 mAh∙g-1) rendelkezik. Lényegesen jobb, mint a közönséges szeparátorok és a tiszta szénnel módosított szeparátorok (6(e) ábra).
N-hez képest a C kisebb elektronegativitással rendelkezik, így a B és C elektronegativitásbeli különbsége kicsi, ami a BC szerkezetének gyengébb kémiai polaritását eredményezi az NC-hez képest. Ugyanakkor a BC szerkezetében az elektrondelokalizáció fokozódik, és a vezetőképesség is jobb [84,85]. Ezért a BC általában viszonylagosan kiegészíti a BN fizikai és kémiai tulajdonságait. Alacsony sűrűségű, viszonylag jó vezetőképességgel és jó katalitikus tulajdonságokkal rendelkezik, és ígéretes felhasználási lehetőségei vannak az energia területén [86]. Luo et al. [87] bór-karbid nanohuzalokat (B4C@CNF) termesztett in situ szénszálakon, mint katód hordozóanyagán (6. ábra (f~h)). Ezek közül a B4C hatékonyan adszorbeálja és korlátozza a poliszulfidokat a BS kötés révén. Ugyanakkor szénszálas vezető hálózata segíti az adszorbeált kén gyors átalakulását és javítja a reakciókinetikát. A kapott kénkatód kapacitásmegtartása 80% 500 ciklus után, és magas kéntartalom (tömeghányad 70%) és terhelési kapacitás (10,3 mg∙cm{) mellett is stabil ciklust ér el. {16}}). Song et al. [88] szuper-korlátozott kén gazdaszerkezetet épített fel a B4C körül. A szerkezet aktivált porózus pamutszövet szenet használ rugalmas mátrixként, B4C nanoszálakat aktív vázként, és redukált grafén-oxidot a további bevonáshoz. Hatékonyan egyesíti a fizikai és kémiai elzártságot, csökkenti a hatóanyagok elvesztését, és kiváló ciklusstabilitást ér el. Tekintettel a B4C jó adszorpciós és katalitikus tulajdonságaira, Zhao kutatócsoportja [89] egyenletesen osztotta el a B4C nanorészecskéket szénszálas szövetben egy in situ katalitikusan segített növekedési módszerrel, hogy hatékonyan diszpergálja és feltárja az aktív területeket. A kapott kénkatód kezdeti kapacitása akár 1415 mAh∙g-1 (0,1 C) 3,0 mg∙cm-2 terhelés mellett, és ultrahosszú, 3000 ciklusos élettartama 1°C-on. jó pályázati kilátások.
A fentiekből látható, hogy a nemfém-borid jó adszorpciós és katalitikus hatással rendelkezik a lítium-poliszulfidon, de vezetőképessége viszonylag alacsony, és a kén elektrokémiai reakciójának elősegítésére továbbra is szükség van egy vezetőképes hordozóra. Ezek közül a szomszédos N és C atomok elektronszerkezetének különbsége miatt a BN és BC anyagoknak megvannak a maga előnyei és hátrányai a vezetőképesség és a lítium-poliszulfiddal való kölcsönhatás tekintetében. Ennek fényében bór-szulfiddal, bór-foszfiddal, bór-oxiddal stb. kombinálva ez a fajta nemfém-borid jó hordozóként és platformként használható a lokális kémiai poláris szerkezet és az adszorpciós katalizátor közötti szerkezet-aktivitás kapcsolat tanulmányozására. képesség. Várhatóan a további szisztematikus korreláció és elemzés segít megérteni a releváns mikroszkópos reakciófolyamatokat, szabályozni az anyagok finom szerkezetét és javítani az akkumulátorok elektrokémiai teljesítményét. Ezen túlmenően a nemfém-boridok lítium-kén akkumulátorokban történő további alkalmazása és fejlesztése továbbra is az előállításuk javítására és optimalizálására támaszkodik. Egyszerű és enyhe előkészítési technológiák kidolgozása, miközben nagyobb belső vezetőképességű anyagszerkezeteket fejleszt, és hatékonyabb kompozit anyagokat tervez a vezetőképesség, adszorpció és katalitikus hatások kiegyensúlyozása és figyelembevétele érdekében.
3 Következtetés
Összefoglalva, a lítium-kén akkumulátorok nagy elméleti energiasűrűséggel rendelkeznek a többelektronos átviteli reakciók miatt. Konverziós reakciómechanizmusuk és a hatóanyagok belső gyenge vezetőképessége azonban gátolja az előnyök megvalósítását. A bór alapú anyagok egyedi fizikai és kémiai jellemzőkkel és elektrokémiai tulajdonságokkal rendelkeznek. Célzott tervezésük és racionális alkalmazásuk hatékony módja a lítium-kén akkumulátorok inga hatásának enyhítésének, valamint a reakciókinetika és a visszafordíthatóság javításának. Az elmúlt években gyorsan fejlődtek. A bór alapú anyagok kutatása és alkalmazása lítium-kén akkumulátorokban azonban még gyerekcipőben jár, az anyagszerkezet kialakítása és az akkumulátor elektrokémiai reakciófolyamataira gyakorolt hatásmechanizmusa további fejlesztésre és feltárásra szorul. A szerző az anyagjellemzőket és a fenti kutatási eredményeket ötvözve úgy véli, hogy a lítium-kén akkumulátorok bór alapú anyagok jövőbeni fejlesztése során nagyobb figyelmet kell fordítani a következő irányokra:
1) Anyagszintézis. A szintetikus előállítás gyakori probléma, amellyel a fent említett bór alapú anyagok szembesülnek. Sürgősen szükség van egyszerűbb, enyhébb és hatékonyabb anyag-előkészítési módszerek kidolgozására, amelyek anyagi alapot biztosítanak a mechanizmuskutatáshoz és az alkalmazás népszerűsítéséhez. Ezek közül ígéretes fejlesztési irány az amorf fémboridok előállítása folyadékfázisú redukciós módszerrel. Ugyanakkor előnyeiből és tapasztalataiból merítve, a szolvotermikus vagy olvadt só módszeren alapuló szintetikus utak feltárása és fejlesztése új ötleteket is adhat a bór alapú anyagok előállításához. Ezen túlmenően a borid előállítása során különös figyelmet kell fordítani a nanoszerkezet szabályozására, tervezésére és stabilitására, hogy megfeleljen a lítium-kén akkumulátorok interfész reakciókarakterisztikájának igényeinek.
2) Mechanizmus feltárása. A bór alapú anyagok egyedi és gazdag felületi kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek. In situ jellemzési módszereket kell alkalmazni a bóralapú anyagok és a poliszulfidok közötti gazda-vendég kölcsönhatások további tanulmányozására. Különös figyelmet kell fordítani a felületi irreverzibilis szulfatálásra, az önelektrokémiai oxidációra és redukcióra, stb., hogy feltárjuk adszorpciós és katalitikus képességének meghatározó szerkezeti tényezőit, és elméleti útmutatást és alapot adjunk az anyagok célirányos tervezéséhez és fejlesztéséhez. Ezen túlmenően a reprezentatív amorf fémboridok esetében kiemelt figyelmet kell fordítani az amorf és kristályos boridok közötti mikroszerkezeti és kapcsolódó fizikai és kémiai tulajdonságok közötti különbségekre, és együtt kell működni a megfelelő szerkezeti elemzési és tulajdonságjellemző elemzési technológiák kidolgozásával. Kerülje el, hogy az amorf anyagok, a lítium-poliszulfid és reakciófolyamata közötti kölcsönhatásra kizárólag a kristályszerkezet alapján következtessen.
3) Teljesítményértékelés. Az anyag- és akkumulátor-kiértékelő rendszer optimalizálása érdekében a kénfelületi terhelés növelése mellett nagyobb figyelmet kell fordítani az olyan kulcsfontosságú paraméterek szabályozására, mint az elektróda vastagsága és porozitása, hogy ezzel egyidejűleg javuljon az elektróda minősége és térfogati energiasűrűsége. Ezen túlmenően az elektrokémiai tulajdonságok alacsony elektrolit adagolás mellett (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.
Összefoglalva, ez a cikk a bóralapú anyagokra összpontosít, és áttekinti a borofén, a bóratommal adalékolt szén, a fém-boridok és a nemfém-boridok legújabb kutatási eredményeit a lítium-kén akkumulátorrendszerekben. Remélem, referenciát és inspirációt nyújthat a kollégáknak, bővítheti a bór alapú anyagok fejlesztését és alkalmazását az új energia területén, valamint elősegítheti a lítium-kén akkumulátorok gyakorlati fejlesztését.
Hivatkozások
[1] DUNN B, KAMATH H, TARASCON J M. Elektromos energiatárolás a hálózathoz: választási lehetőségek. Science, 2011, 334(6058):928-935.
[2] ARICO AS, BRUCE P, SCROSATI B és társai. Nanostrukturált anyagok fejlett energiaátalakító és -tároló eszközökhöz. Nature Materials, 2005, 4(5):366-377.
[3] LIANG YR, ZHAO CZ, YUAN H és társai. A hordozható elektronikai eszközök újratölthető akkumulátorainak áttekintése. InfoMat, 2019, 1(1):6-32.
[4] GOODENOUGH JB, PARK K S. A Li-ion újratölthető akkumulátor: perspektíva. Journal of the American Chemical Society, 2013, 135(4):1167-1176.
[5] TARASCON JM, ARMAND M. Az újratölthető lítium akkumulátorokkal kapcsolatos problémák és kihívások. Természet, 2011, 414:171-179.
[6] JIN GY, HE HC, WU J et al. Kobalttal adalékolt üreges szénváz, mint kén hordozó a lítium-kén akkumulátor katódjához. Journal of Inorganic Materials, 2021, 36(2):203-209.
[7] FANG R, ZHAO SY, SUN ZH és mások. Megbízhatóbb lítium-kén akkumulátorok: állapotok, megoldások és kilátások. Advanced Materials, 2017,29(48):1606823.
[8] HU JJ, LI GR, GAO X P. A lítium-kén akkumulátorok jelenlegi állapota, problémái és kihívásai. Journal of Inorganic Materials, 2013, 28(11):1181-1186.
[9] LI GR, WANG S, ZHANG YN és mások. A poliszulfidok szerepének újragondolása a lítium-kén akkumulátorokban. Speciális anyagok, 2018,30(22):1705590.
[10] PENG HJ, HUANG JQ, ZHANG Q. A rugalmas lítium-kén és analóg alkálifém-kalkogén újratölthető akkumulátorok áttekintése. Chemical Society Reviews, 2017, 46(17):5237-5288.
[11] JANA M, XU R, CHENG XB és társai. Kétdimenziós nanoanyagok racionális tervezése lítium-kén akkumulátorokhoz. Energy & Environmental Science, 2020, 13(4):1049-1075.
[12] HE JR, MANTHIRAM A. Áttekintés a lítium-kén akkumulátorokban használt elektrokatalizátorok állapotáról és kihívásairól. Energiatároló anyagok, 2019, 20:55-70.
[13] SEH ZW, SUN YM, ZHANG QF és mások. Nagy energiájú lítium-kén akkumulátorok tervezése. Chemical Society Reviews, 2016, 45(20):5605-5634.
[14] JI XL, EVERS S, BLACK R et al. Lítium-kén katódok stabilizálása poliszulfid tartályokkal. Nature Communications, 2011, 2:325.
[15] ZHANG Z, KONG LL, LIU S et al. Nagy hatékonyságú kén/szén kompozit, amely 3D grafén nanosheet@carbon nanocső mátrixon alapul, mint katód a lítium-kén akkumulátorhoz. Advanced Energy Materials, 2017,7(11):1602543.
[16] XU WC, PAN XX, MENG X et al. Ultrafinom vanádium-nitrid nanorészecskéket tartalmazó vezetőképes kéntartalmú anyag a nagy teljesítményű lítium-kén akkumulátorhoz. Electrochimica Acta, 2020,331:135287.
[17] LIU YT, LIU S, LI GR, et al. Nagy térfogatú energiasűrűségű kén katód nehéz és katalitikus fém-oxid fogadóval lítium-kén akkumulátorhoz. Advanced Science, 2020, 7(12):1903693.
[18] CHEN HH, XIAO YW, CHEN C et al. Vezetőképes MOF módosított szeparátor a lítium-kén akkumulátor inga hatásának csökkentésére szűrési módszerrel. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11(12):11459-11465.
[19] YOO J, CHO SJ, JUNG GY és társai. COF-net a CNT-net-en, mint molekulárisan tervezett, hierarchikus porózus kémiai csapda a lítium-kén akkumulátorokban lévő poliszulfidokhoz. Nano Letters, 2016, 16(5):3292-3300.
[20] HU Y, LIU C. 1,2-migráció bevezetése szerves bórvegyületekre. Egyetemi Kémia, 2019, 34(12):39-44.
[21] SOREN KM, SUNING W. Bór alapú ingerekre reagáló anyagok. Chemical Society Reviews, 2019, 48(13):3537-3549.
[22] HUANG ZG, WANG SN, DEWHURST RD stb. Bór: szerepe az energiával kapcsolatos folyamatokban és alkalmazásokban. Angewandte Chemie International Edition, 2020, 59(23):8800-8816.
[23] ZHU YH, GAO SM, HOSMANE N S. Bórral dúsított fejlett energetikai anyagok. Inorganica Chimica Acta, 2017, 471:577-586.
[24]KHAN K, TAREEN AK, ASLAM M és társai. A 2D-borofén xének szintézise, tulajdonságai és új elektrokatalitikus alkalmazásai. Haladás a szilárdtest-kémiában, 2020, 59:100283.
[25] RAO DW, LIU XJ, YANG H és társai. A borofén alapú katód és az elektrolit közötti határfelületi versengés a lítium-kén akkumulátor többszörös szulfidos immobilizálásáért. Journal of Materials Chemistry A, 2019, 7(12):7092-7098.
[26] JIANG HR, SHYY W, LIU M és mások. Borofén és hibás borofén, mint potenciális rögzítőanyag a lítium-kén akkumulátorokhoz: egy első elvű tanulmány. Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6(5):2107-2114.
[27] ZHANG CY, HE Q, CHU W és mások. Átmeneti fémekkel adalékolt borofén-grafén heterostruktúra a robusztus poliszulfid rögzítéshez: az első elvi vizsgálat. Alkalmazott felülettudomány, 2020,534:147575.
[28] ZHANG L, LIANG P, SHU HB és mások. A borofén, mint hatékony kéngazda a lítium-kén akkumulátorokhoz: elnyomja a transzferhatást és javítja a vezetőképességet. Journal of Physical Chemistry C, 2017, 121(29):15549-15555.
[29] GRIXTI S, MUKHERJEE S, SINGH C V. Kétdimenziós bór, mint lenyűgöző lítium-kén akkumulátor katódanyag. Energiatároló anyagok, 2018, 13:80-87.
[30] MANNIX AJ, ZHOU XF, KIRALY B és társai. Borofének szintézise: anizotróp, kétdimenziós bórpolimorfok. Science, 2015, 350(6267):1513-1516.
[31] FENG BJ, ZHANG J, ZHONG Q és társai. Kétdimenziós bórlemezek kísérleti megvalósítása. Nature Chemistry, 2016, 8(6):564-569.
[32] PARAKNOWITSCH JP, THOMAS A. A nitrogénen túli adalékolás: a fejlett heteroatomos, bórral, kénnel és foszforral adalékolt szénatomok áttekintése energetikai alkalmazásokhoz. Energy & Environmental Science, 2013, 6(10):2839-2855.
[33] WANG HB, MAIYALAGAN T, WANG X. A nitrogénnel adalékolt grafén közelmúltbeli fejlődésének áttekintése: szintézis, jellemzés és lehetséges alkalmazásai. ACS Catalysis, 2012, 2(5):781-794.
[34] XIE Y, MENG Z, CAI TW és mások. A bór-adagolás hatása a lítium-kén akkumulátor katódjaként használt grafén aerogélre. ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7(45):25202-25210.
[35] SHI PC, WANG Y, LIANG X stb. Egyidejűleg hámozott bórral adalékolt grafén lapok a kén kapszulázásához lítium-kén akkumulátorokban való alkalmazásokhoz. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2018, 6(8):9661-9670.
[36] YANG LJ, JIANG SJ, ZHAO Y és mások. Bórral adalékolt szén nanocsövek, mint fémmentes elektrokatalizátorok az oxigénredukciós reakcióhoz. Angewandte Chemie International Edition, 2011, 50(31):7132-7135.
[37] AI W, LI JW, DU ZZ és mások. A poliszulfidok kettős bezárása bórral adalékolt porózus széngömb/grafén hibridben fejlett Li-S akkumulátorokhoz. Nano Research, 2018, 11(9):4562-4573.
[38] YANG CP, YIN YX, YE H és társai. Betekintés a bór-adalékolás kén/szén katódra gyakorolt hatásába lítium-kén akkumulátorokban. ACS Applied Materials & Interfaces, 2014, 6(11):8789-8795.
[39] XU CX, ZHOU HH, FU CP, et al. Bórral adalékolt, cipzár nélküli szén nanocsövek/kén kompozit hidrotermikus szintézise nagy teljesítményű lítium-kén akkumulátorokhoz. Electrochimica Acta, 2017, 232:156-163.
[40] HAN P, MANTHIRAM A. Bórral és nitrogénnel adalékolt redukált grafén-oxid bevonatú szeparátorok nagy teljesítményű Li-S akkumulátorokhoz. Journal of Power Sources, 2017, 369:87-94.
[41] HOU TZ, CHEN X, PENG HJ és társai. A heteroatommal adalékolt nanokarbon tervezési elvei a poliszulfidok erős lehorgonyzásának eléréséhez lítium-kén akkumulátorokhoz. Small, 2016, 12(24):3283-3291.
[42] XIONG DG, ZHANG Z, HUANG XY és társai. A B/N-kódolt hierarchikusan porózus szén nanorétegek poliszulfid bezárásának fokozása Lewis sav-bázis kölcsönhatás révén a stabil Li-S akkumulátorok érdekében. Journal of Energy Chemistry, 2020, 51:90-100.
[43] YUAN SY, BAO JL, WANG LN és társai. Grafén támogatott nitrogén- és bórban gazdag szénréteg a lítium-kén akkumulátorok jobb teljesítményéért a lítium-poliszulfidok fokozott kemiszorpciója miatt. Advanced Energy Materials, 2016,6(5):1501733.
[44] CHEN L, FENG JR, ZHOU HH és társai. Nitrogénnel, bórral együtt adalékolt hajlított grafén nanoszalagok hidrotermikus előállítása nagy mennyiségű adalékanyaggal nagy teljesítményű lítium-kén akkumulátorkatódokhoz. Journal of Materials Chemistry A, 2017,5(16):7403-7415.
[45] JIN CB, ZHANG WK, ZHUANG ZZ stb. Továbbfejlesztett szulfid kemiszorpció bórral és oxigénnel kettősen adalékolt többfalú szén nanocsövekkel a fejlett lítium-kén akkumulátorokhoz. Journal of Materials Chemistry A, 2017, 5(2):632-640.
[46] ULLAH S, DENIS PA, SATO F. A nátrium és a kálium adszorpciós energiáinak szokatlan fokozása kén-nitrogénben és szilícium-bórral kodolt grafénben. ACS Omega, 2018, 3(11):15821-15828.
[47] ZHANG Z, XIONG DG, SHAO AH és társai. Fém kobalt és N/B heteroatomok integrálása porózus szén nanolemezekbe, mint hatékony kén-immobilizátor a lítium-kén akkumulátorokhoz. Carbon, 2020, 167:918-929.
[48] WANG P, KUMAR R, SANKARAN EM et al. Nagy nyomáson szintetizált vanádium-diborid (VB2): rugalmas, mechanikai, elektronikus és mágneses tulajdonságok és termikus stabilitás. Szervetlen kémia, 2018, 57(3):1096-1105.
[49] HE GJ, LING M, HAN XY és társai. Önálló elektródák mag-héj szerkezettel nagy teljesítményű szuperkondenzátorokhoz. Energiatároló anyagok, 2017,9:119-125.
[50] WANG CC, AKBAR SA, CHEN W et al. A magas hőmérsékletű oxidok, boridok, karbidok és nitridek elektromos tulajdonságai. Journal of Materials Science, 1995, 30(7):1627-1641.
[51] XIAO ZB, YANG Z, ZHANG LJ és mások. Szendvics típusú NbS2@S@I adalékolt grafén nagy kéntartalmú, ultranagy sebességű és hosszú élettartamú lítium-kén akkumulátorokhoz. ACS Nano, 2017, 11(8):8488-8498.
[52] WANG LJ, LIU FH, ZHAO BY és társai. MoS2 nanolapokkal töltött szén nanotálak szuperkondenzátorok elektródaanyagaként. ACS Applied Nano Materials, 2020, 3(7):6448-6459.
[53] BALACH J, LINNEMANN J, JAUMANN T et al. Fém alapú nanostrukturált anyagok fejlett lítium-kén akkumulátorokhoz. Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6(46):23127-23168.
[54] BEN-DOR L, SHIMONY Y. A tiszta és NiO-dal adalékolt MoO2 és WO2 kristályszerkezete, mágneses szuszceptibilitása és elektromos vezetőképessége. 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 és társai. Nb-alapú oxidok anódanyagként lítium-ion akkumulátorokhoz. Progress in Chemistry, 2015, 27 (2/3):297-309.
[57] TAO Q, MA SL, CUI T et al. Funkcionális átmenetifém-boridok szerkezete és tulajdonságai. Acta Physica Sinica, 2017, 66(3):036103.
[58] SHEN YF, XU C, HUANG M et al. A bórklaszterek, a borán és a fémmel adalékolt bórvegyületek kutatási eredményei. Progress in Chemistry, 2016, 28(11):1601-1614.
[59] GUPTA S, PATEL MK, MIOTELLO A et al. Fém-borid alapú katalizátorok elektrokémiai vízhasításhoz: áttekintés. Advanced Functional Materials, 2020,30(1):1906481.
[60] WU F, WU C. Új másodlagos akkumulátorok és kulcsanyagaik a többelektronos reakció elvén alapuló. Chinese Science Bulletin, 2014, 59(27):3369-3376.
[61] GUAN B, FAN LS, WU X és mások. Az amorf kobalt-borid (Co2B)@grafén kompozit katód egyszerű szintézise és megnövelt lítium-kén akkumulátor teljesítménye. Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6(47):24045-24049.
[62] GUAN B, ZHANG Y, FAN LS és mások. A poliszulfid blokkolása Co2B@CNT-vel "szinergetikus adszorpciós hatással" az ultranagy teljesítmény és a robusztus lítium-kén akkumulátor felé. ACS Nano, 2019, 13(6):6742-6750.
[63] GUAN B, SUN X, ZHANG Y és mások. A felületi elektronikus kölcsönhatás felfedezése a kobaltborid@MXene-ben a nagy teljesítményű lítium-kén akkumulátorok számára. Chinese Chemical Letters, 2020, 32(7):2249-2253.
[64] BASU B, RAJU GSURI A. Monolit TiB2 alapú anyagok feldolgozása és tulajdonságai. International Materials Reviews, 2006, 51(6):352-374.
[65] LI CC, LIU XB, ZHU L et al. Vezetőképes és poláris titán-borid kéngazdaként a fejlett lítium-kén akkumulátorokhoz. Anyagkémia, 2018, 30(20):6969-6977.
[66] LI ZJ, JIANG HR, LAI NC és társai. Hatékony oldószer-katalizátor interfész tervezése katalitikus kén-átalakításhoz lítium-kén akkumulátorokban. mistry of Materials, 2019,31(24):10186-10196.
[67] JIN LM, NI J, SHEN C és társai. Fémesen vezető TiB2 többfunkciós szeparátor módosítóként továbbfejlesztett lítium-kén akkumulátorokhoz. Journal of Power Sources, 2020, 448:227336.
[68] WU R, XU HK, ZHAO YW és mások. A borofénszerű bór alegységekbe beillesztett MoB2 molibdén keret stabil és gyors működésű Li2S{6}}alapú lítium-kén akkumulátorokat tesz lehetővé. Energy Storage Materials, 2020, 32:216-224.
[69] HE JR, BHARGAV A, MANTHIRAM A. A molibdén-borid a poliszulfid-redox hatékony katalizátora a nagy energiasűrűségű lítium-kén akkumulátorok előállításához. Advanced Materials, 2020,32(40):2004741.
[70] PANG Q, KWOK CY, KUNDU D és mások. A könnyű fém MgB2 poliszulfid-redoxot közvetít, és nagy energiasűrűségű lítium-kén akkumulátorokat ígér. Joule, 2019, 3(1):136-148.
[71] YU TT, GAO PF, ZHANG Y és társai. A bór-foszfid egyrétegű anyag a lítium-kén akkumulátorok potenciális rögzítőanyagaként: egy első elvű tanulmány. Applied Surface Science, 2019, 486:281-286.
[72] JANA S, THOMAS S, LEE CH et al. B3S egyrétegű: nagy teljesítményű anódanyag előrejelzése lítium-ion akkumulátorokhoz. Journal of Materials Chemistry A, 2019, 7(20):12706-12712.
[73] SUN C, HAI CX, ZHOU Y és mások. Erősen katalitikus bór-nitrid nanoszál, amelyet in situ előkezelt ketjenblack felületen termesztenek katódként a lítium-kén akkumulátorok jobb teljesítménye érdekében. ACS Applied Energy Materials, 2020, 3(11):10841-10853.
[74] ARENAL R, LOPEZ BEZANILLA A. Bór-nitrid anyagok: áttekintés a 0D-től a 3D-s (nano)struktúrákig. Wiley Interdisciplinary Reviews-Computational Molecular Science, 2015,5(4):299-309.
[75] JIANG XF, WENG QH, WANG XB stb. A bór-nitrid nanoanyagok előállítása és alkalmazása terén elért közelmúltbeli haladás: áttekintés. Journal of Materials Science and Technology, 2015,31(6):589-598.
[76] PRAKASH A, NEHATE SD, SUNDARAM K B. Bór-szén-nitrid alapú fém-szigetelő-fém UV-detektorok zord környezeti alkalmazásokhoz. Optics Letters, 2016, 41(18):4249-4252.
[77] ZHAO YM, YANG L, ZHAO JX és társai. Hogyan lehet inert bór-nitrid nanolapokat aktívvá tenni a lítium-kén akkumulátorok poliszulfidjainak rögzítésére: számítógépes tanulmány. Fizikai kémia Chemical Physics, 2017, 19(28):18208-18216.
[78] YI YK, LI HP, CHANG HH és mások. Néhány rétegű bór-nitrid mesterséges nitrogén-üres helyekkel a poliszulfid lítium-kén akkumulátorok katódmátrixaként való átalakításának elősegítésére. Chemistry, 2019, 25(34):8112-8117.
[79] HE B, LI WC, ZHANG Y et al. A Paragenesis BN/CNT hibridek monoklin kéngazdaként a nagy teljesítményű és rendkívül hosszú élettartamú lítium-kén akkumulátorhoz. Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6(47):24194-24200.
[80] DENG DR, BAI CD, XUE F, et al. Többfunkciós ionszita, amely 2D anyagokból készült Li-S akkumulátorok közbenső rétegeként. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11(12):11474-11480.
[81] SUN K, GUO PQ, SHANG XN és mások. Mezopórusos bór-szén-nitrid/grafén módosított szeparátorok hatékony poliszulfid gátként a rendkívül stabil lítium-kén akkumulátorokhoz. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2019, 842:34-40.
[82] FAN Y, YANG Z, HUA WX és mások. Funkcionális bór-nitrid nanolapok/grafén közbenső réteg a gyors és hosszú élettartamú lítium-kén akkumulátorokhoz. Advanced Energy Materials, 2017,7(13):1602380.
[83] KIM PJH, SEO J, FU K et al. A BN-szénleválasztó szinergikus védőhatása rendkívül stabil lítium-kén akkumulátorokhoz. NPG Asia Materials, 2017,9(4):e375.
[84] PRAMANICK A, DEY PP, DAS P K. WEDM-mel megmunkált szikraplazma szinterezett bórkarbid mikroszerkezet-, fázis- és elektromos vezetőképesség-analízise. Ceramics International, 2020, 46(3):2887-2894.
[85] YEGANEH M, SARAF HH, KAFI F et al. A grafénszerű bórkarbid rezgési, elektronikus és optikai tulajdonságainak vizsgálatának első alapelvei. Solid State Communications, 2020,305:113750.
[86] CHANG YK, SUN XH, MA MD és mások. Kemény kerámia anyagok B4C alkalmazása az energiatárolásban: B4C@C mag-héj nanorészecskék tervezése elektródákként flexibilis, teljesen szilárdtest mikro-szuperkondenzátorokhoz, rendkívül nagy ciklikussággal. Nano Energy, 2020, 75:104947.
[87] LUO L, CHUNG SH, ASL HY és mások. Hosszú élettartamú lítium-kén akkumulátorok bór-karbid nanohuzalokkal konfigurált bifunkcionális katód hordozóval. Advanced Materials, 2018,30(39):1804149.
[88] SONG NN, GAO Z, ZHANG YY és mások. B4C nanovázra alkalmas, rugalmas lítium-kén akkumulátorok. Nano Energy, 2019, 58:30-39.
[89] ZHANG RH, CHI C, WU MC, et al. Hosszú élettartamú Li-S akkumulátor, amelyet egy jól eloszló B4C nanorészecskékből álló katód tesz lehetővé, aktivált pamutszálakkal díszítve. Journal of Power Sources, 2020, 451:227751.
