Recente vooruitgang van op boor gebaseerde materialen in lithium-zwavelbatterijen

Recente voortgang van Op boor gebaseerde materialen in lithium-zwavelbatterij

Auteur: LI Gaoran, LI Hongyang, ZENG Haibo

MIIT Sleutellaboratorium van Geavanceerde weergavematerialen en -apparaten, Instituut voor Nano-opto-elektronica Materialen, School voor Materiaalwetenschappen en Techniek, Universiteit van Nanjing Wetenschap en technologie, Nanjing 210094

Samenvatting

Lithium-zwavelbatterijen (Li-S) werken een cruciale rol spelen in de ontwikkeling van de volgende generatie elektrochemische energie opslagtechnologie vanwege de hoge energiedichtheid en lage kosten. Echter, hun praktische toepassing wordt nog steeds gehinderd door de trage kinetiek en laag omkeerbaarheid van de omzettingsreacties, die relatief laag bijdragen praktische capaciteit, Coulombische inefficiëntie en fietsinstabiliteit. Hierin opzicht, het rationele ontwerp van geleidende, adsorptieve en katalytische functionele materialen vormen een cruciale route om zwavel te stabiliseren en te bevorderen elektrochemie. Profiteren van de unieke atomaire en elektronische structuren van boor vertonen op boor gebaseerde materialen veelzijdige en afstembare fysieke, chemische en elektrochemische eigenschappen, en hebben uitgebreid onderzoek ondergaan aandachtspunten bij Li-S-batterijen. In dit artikel wordt de recente onderzoeksvoortgang besproken van op boor gebaseerde materialen, waaronder borofeen, met booratomen gedoteerde koolstof, metaal boriden en niet-metaalboriden in Li-S-batterijen, concludeert de resterende problemen en stelt het toekomstige ontwikkelingsperspectief voor.

Zoekwoorden:lithium-zwavel batterij, boride, chemische doping, borofeen, shuttle-effect, recensie

Het ontwikkelen van groene hernieuwbare energie, het ontwikkelen van geavanceerde methoden voor energieconversie en -opslag, en het opzetten van een Een efficiënt en schoon energiesysteem zijn onvermijdelijke keuzes om de problemen aan te pakken energiecrisis en klimaatverandering in de wereld van vandaag. Elektrochemische energie opslagtechnologie, vertegenwoordigd door batterijen, kan nieuwe schone energie omzetten en opslaan energie en gebruik deze in een efficiëntere en gemakkelijkere vorm, door een belangrijke rol spelen bij het bevorderen van de groene energie-economie en duurzame ontwikkeling [1,2]. Van de vele batterijtechnologieën hebben lithium-ionbatterijen de voordelen van hoge energiedichtheid en geen geheugeneffect. Het is snel bereikt ontwikkeling sinds de commercialisering in 1991, en wordt op grote schaal gebruikt elektrische voertuigen, draagbare elektronische apparaten, nationale defensie en andere velden [3,4]. Echter, met de voortdurende ontwikkeling van elektrische apparatuur, Traditionele lithium-ionbatterijen zijn niet in staat gebleken om aan de groeiende energie te voldoen vraag. Tegen deze achtergrond zijn lithium-zwavelbatterijen wijdverspreid aangetrokken aandacht vanwege hun hoge theoretische specifieke capaciteit (1675 mAh·g-1) en energiedichtheid (2600 Whâkg-1). Tegelijkertijd, De zwavelbronnen zijn overvloedig, wijdverspreid, goedkoop en milieuvriendelijk, waardoor lithium-zwavelbatterijen een hotspot voor onderzoek zijn op het gebied van nieuwe secundaire batterijen in de afgelopen jaren [5,6].

1 Werkingsprincipe en bestaande problemen van lithium-zwavelbatterijen

Lithium-zwavelbatterijen gebruiken meestal elementaire zwavel als de positieve elektrode en metallisch lithium als negatief elektrode. De basisstructuur van de batterij wordt getoond in figuur 1(a). De elektrochemische reactie is een meerstaps conversiereactieproces waarbij meerdere elektronenoverdrachten, vergezeld van fase-overgang vast-vloeistof en a reeks lithiumpolysulfide-tussenproducten (Figuur 1(b)) [7,8]. Onder hen, elementaire zwavel en Li2S2/Li2S met korte keten bevinden zich aan beide uiteinden van de reactieketen zijn onoplosbaar in de elektrolyt en bestaan ​​in de vorm van neerslag op het elektrodeoppervlak. Lithiumpolysulfide met lange keten (Li2Sx, 4â¤xâ¤8) heeft een hogere oplosbaarheid en migratievermogen in de elektrolyt. Gebaseerd op de intrinsieke eigenschappen van elektrodematerialen en hun vaste-vloeistoffase transformatiereactiemechanisme, lithium-zwavelbatterijen hebben energie en kostenvoordelen, maar ze worden ook geconfronteerd met veel problemen en uitdagingen [9,10,11,12]:

Afb. 1 Schematisch diagram van (a) lithium-zwavelbatterij configuratie en (b) het bijbehorende laad-ontlaadproces[7]

1) Elementaire zwavel in de vaste fase en Li2S zich ophopen op het elektrodeoppervlak, en hun intrinsieke elektron en ion traagheid leidt tot problemen bij de ladingsoverdracht en langzame reactiekinetiek, waardoor de bezettingsgraad van actieve materialen en de werkelijke benuttingsgraad wordt verminderd capaciteit van de batterij.

2) Er is een groot dichtheidsverschil tussen zwavel en Li2S aan beide uiteinden van de reactieketen (2,07 versus 1,66 gâcm-3). Het materiaal ondergaat tijdens het verwerken een volumeverandering tot wel 80% het reactieproces en de mechanische structurele stabiliteit van de elektrode staat voor grote uitdagingen.

3) Het ontbindings- en migratiegedrag van lithiumpolysulfide in de elektrolyt veroorzaakt een ernstige "shuttle". effect", resulterend in ernstig actief materiaalverlies en Coulomb-verlies. In Bovendien neemt lithiumpolysulfide deel aan de chemische/elektrochemische kant reacties op het anodeoppervlak, wat niet alleen verder verlies van actieve stof veroorzaakt materialen, maar passiveert en corrodeert ook het anodeoppervlak, verergert de vorming en groei van lithiumdendrieten, en verhoogt de veiligheidsrisico's.

Deze problemen zijn met elkaar verbonden en beïnvloeden elkaar waardoor de complexiteit van de batterij enorm toeneemt systeem, waardoor het voor de huidige lithium-zwavelbatterijen moeilijk wordt om aan de eisen te voldoen behoeften van praktische toepassingen in termen van actief materiaalgebruik, actueel energiedichtheid, cyclusstabiliteit en veiligheid. Uit de analyse van het bovenstaande problemen kan worden gezien dat een redelijke controle van de elektrochemische zwavel reactieproces is de enige manier om de prestaties van lithiumzwavel te verbeteren batterijen. Hoe een effectief beheer en verbetering van zwavel te bereiken elektrochemie is afhankelijk van het gerichte ontwerp, de ontwikkeling en de toepassing ervan geavanceerde functionele materialen. Onder hen is de meest representatieve strategie functionele materialen ontwikkelen met geleidende, adsorptie en katalytische eigenschappen eigenschappen als zwavelkathodegastheren of gemodificeerde scheiders. Door zijn fysieke en chemische interactie met lithiumpolysulfide, het actieve materiaal beperkt tot het positieve elektrodegebied, waardoor ontbinding en diffusie wordt geremd, en het bevorderen van de elektrochemische omzetting ervan. Daardoor wordt de shuttle verlicht effect en verbetering van de energie-efficiëntie en cyclusstabiliteit van de batterij [13,14]. Op basis van dit idee hebben onderzoekers verschillende soorten ontwikkeld functionele materialen op een gerichte manier, inclusief koolstofmaterialen, geleidende polymeren, metaalorganische raamwerken, metaaloxiden/sulfiden/nitriden, etc. Er zijn goede resultaten behaald [15,16,17,18,19].

2 Toepassing van materialen op boorbasis in lithium-zwavelbatterijen

Borium is het kleinste metalloïde element. De kleine atoomstraal en de grote elektronegativiteit maken het gemakkelijk te vormen metallische covalente verbindingen. Boriumatomen hebben een typisch elektrontekort structuur, en hun valentie-elektronenconfiguratie is 2s22p1. Ze kunnen delen één of meer elektronen met andere atomen door middel van diverse hybridisatievormen vormen multi-center-bindingen [20,21]. Deze kenmerken maken het boride structuur zeer afstembaar, met unieke en rijke chemische en fysische eigenschappen eigenschappen, en kan op grote schaal worden gebruikt op veel gebieden, zoals de lichte industrie, bouwmaterialen, nationale defensie, energie, enz. [22,23]. Ter vergelijking: de Er wordt nog steeds onderzoek gedaan naar op boor gebaseerde materialen in lithium-zwavelbatterijen kinderschoenen. De afgelopen jaren hebben nanotechnologie en karakteriseringsmethoden dat ook gedaan bleef vooruitgang boeken, en de structurele kenmerken van op boor gebaseerd materialen zijn voortdurend onderzocht en ontwikkeld, waardoor ze doelgericht zijn onderzoek en toepassing in lithium-zwavelsystemen beginnen ook op te duiken. In Met het oog hierop richt dit artikel zich op typische materialen op basis van boor, zoals borofeen, met booratomen gedoteerde koolstof, metaalboriden en niet-metaalboriden. Dit artikel bespreekt de nieuwste onderzoeksvoortgang op het gebied van lithium-zwavelbatterijen, vat bestaande problemen samen en kijkt uit naar toekomstige ontwikkelingen routebeschrijving.

2.1 Boreen

Als een zeer representatieve allotroop onder boorelementen, borofeen heeft een tweedimensionale structuur van één atoom dik vergelijkbaar met grafeen. Vergeleken met het bulkboorelement is het superieur elektrische, mechanische en thermische eigenschappen en is een rijzende ster in tweedimensionale materialen [24]. Gebaseerd op topologische verschillen in de opstelling van booratomen, borofeen heeft rijke kristalstructuren en elektronische eigenschappen, evenals anisotrope geleidende eigenschappen. Zoals het kan zijn Zoals blijkt uit Figuur 2(a, b), zijn elektronen in borofeen vaak geconcentreerd op de top van booratomen, en deze elektronenpolarisatiegebieden hebben een hogere binding activiteit. Er wordt verwacht dat het goede chemische adsorptieplaatsen zal opleveren polysulfiden in lithium-zwavelbatterijsystemen [25]. Tegelijkertijd is de borofeenfilm heeft een goede elektrische geleidbaarheid en fysisch en chemisch stabiliteit, dus het heeft een goed toepassingspotentieel in lithium-zwavelbatterijen.

Fig. 2 (a) Structurele modellen van verschillende borofenen en hun overeenkomstige ladingsdichtheidsverdelingen, (b) adsorptie-energieën van polysulfiden op verschillende borofenen[25]

Jiang et al. [26] gevonden via theorie berekeningen tonen aan dat borofeen een sterk adsorptievermogen voor lithium vertoont polysulfide. Deze sterke interactie kan echter ook gemakkelijk de oorzaak zijn van de ontleding van Li-S-clusters, resulterend in het verlies van zwavel, de actieve stof materiaal. Ter vergelijking: het oppervlak van borofeen met een intrinsiek defect structuur adsorbeert lithiumpolysulfide voorzichtiger [27], waardoor dit mogelijk is beperk het shuttle-gedrag en vermijd tegelijkertijd de ontbinding en vernietiging van de ringstructuur. Er wordt verwacht dat het een geschikter lithium zal worden polysulfide-adsorptiemateriaal. Tegelijkertijd wordt de energiebandanalyse uitgevoerd De resultaten van de borofeen-lithiumpolysulfide-adsorptiestructuur laten zien dat de adsorptieclusters zijn metallisch, wat voornamelijk te wijten is aan de intrinsieke metallische eigenschappen kenmerken van boor en zijn sterke elektro-akoestische koppelingssterkte. Het zal naar verwachting helpen bij het elektrochemische omzettingsproces van zwavel te verkrijgen betere reactiekinetiek [28]. Bovendien hebben Grixti et al. [29] simuleerde de diffusieproces van lithiumpolysulfidemoleculen op het oppervlak van β12-boreen. Er werd gevonden dat β12-boreen een sterke adsorptie aan een reeks vertoonde van lithiumpolysulfiden. De laagste diffusie-energiebarrières van Li2S6 en Li2S4-moleculen in de richting van de fauteuil zijn respectievelijk 0,99 en 0,61 eV, wat gemakkelijker is dan de diffusie in de zigzagrichting. Dankzij het goede adsorptiecapaciteit en matige diffusie-energiebarrière, β12-boreen is beschouwd als een uitstekend lithiumpolysulfide-adsorptiemateriaal zal naar verwachting het shuttle-effect in lithium-zwavelbatterijen onderdrukken en verbeteren de omkeerbaarheid van elektrochemische zwavelreacties.

Het grootste deel van het huidige onderzoek gaat echter over De boorverdunning in lithium-zwavelbatterijen blijft nog steeds op de theoretische voorspelling fase, en experimentele bevestigingen worden zelden gerapporteerd. Dit komt vooral door aan de moeilijkheid bij het bereiden van boorverdunning. Het bestaan ​​van boor was voorspeld in de jaren negentig, maar werd pas in 2015 daadwerkelijk voorbereid [30]. Deel Een van de redenen kan zijn dat boor slechts drie valentie-elektronen heeft en dat ook nodig heeft vormen een raamwerkstructuur om de ontbrekende elektronen te compenseren, waardoor deze ontstaat gemakkelijker om een ​​3D-structuur te vormen dan een 2D-structuur. Op dit moment is de voorbereiding van boor vertrouwt meestal op technologieën zoals moleculaire bundelepitaxie en high vacuüm, hoge temperatuur en andere omstandigheden, en de synthesedrempel is hoog [31]. Daarom is het noodzakelijk om een ​​eenvoudiger en efficiënter systeem te ontwikkelen boor verdunde synthesemethode, en verder experimenteel onderzoeken en demonstreren het effect en de daarmee samenhangende mechanismen in lithium-zwavelbatterijen.

2.2 Boriumatomen gedoteerde koolstof

Chemisch gedoteerde koolstofmaterialen zijn heet materialen op het gebied van onderzoek naar nieuwe energie. Geschikt element doping kan behoud de voordelen van koolstofmaterialen zoals lichtgewicht en hoog geleidbaarheid, terwijl ze extra fysische en chemische eigenschappen krijgen aanpassen aan verschillende toepassingsscenario's [32,33]. Chemisch gedoteerde koolstof Materialen zijn uitgebreid bestudeerd in onder meer lithium-zwavelbatterijen [34,35]. welke doping met zeer elektronegatieve atomen zoals stikstofatomen meer is gewoon. Borium heeft daarentegen een elektron-deficiënte structuur en is minder elektronegatief dan koolstof. Het wordt elektropositief nadat het is opgenomen in het koolstofrooster. Er wordt verwacht dat het een goed adsorptie-effect zal hebben negatief geladen polysulfide-anionen, waardoor het shuttle-effect wordt verlicht [36,37].

Yang et al. [38] gebruikte met boor gedoteerde poreuze materialen koolstof als gastmateriaal voor de zwavelkathode en ontdekte dat boordotering niet alleen verbeterde de elektronische geleidbaarheid van het koolstofmateriaal, maar ook geïnduceerd positieve polarisatie van de koolstofmatrix. Negatief geladen polysulfide-ionen worden effectief geadsorbeerd en verankerd door middel van elektrostatische adsorptie en Lewis-interactie, waardoor hun oplossing en diffusie wordt geremd (Figuur 3(a,b)). Daarom vertoont de zwavelkathode op basis van met boor gedoteerde poreuze koolstof hogere initiële capaciteit en stabielere fietsprestaties dan pure koolstof en met stikstof gedoteerde monsters. Xu et al. [39] verkregen met booratoom gedoteerde koolstof nanobuis/zwavel composiet kathodemateriaal (BUCNTs/S) via een hydrothermische installatie éénpotmethode. In-situ-synthese in de vloeistoffase maakt zwavel uniformer verdeeld in het composiet, terwijl boordotering de op koolstof gebaseerde gastheer geeft materiaal hogere elektrische geleidbaarheid en sterker zwavelfixerend vermogen. De De resulterende BUCNTs/S-elektrode behaalde een initiële capaciteit van 1251 mAhâg-1 bij 0,2°C, en kon na 400 cycli nog steeds een capaciteit van 750 mAhâg-1 behouden. Naast zwavelkathodegastheren, Met boor gedoteerde koolstofmaterialen spelen ook een belangrijke rol bij het ontwerp van batterij functionele scheiders. Han et al. [40] gecoat, lichtgewicht, met boor gedoteerd grafeen op een traditionele scheider om een ​​functionele wijziging te construeren laag, waarbij gebruik wordt gemaakt van de adsorptie en het hergebruik van polysulfiden om effectief te verlichten het shuttle-effect en verbeter de benuttingsgraad van actieve materialen.

Afb. 3 (a) Schema van B-gedoteerde koolstofruggengraat, (b) S2p XPS spectra van zwavelcomposieten op basis van verschillende element-gedoteerde poreuze koolstof; en (c) schema van het laad-ontlaadproces van NBCGN/S-composiet, (d) fietsen bij 0,2C en (e) snelheidsprestaties van zwavelelektroden gebaseerd op verschillende element-gedoteerde gebogen grafeen nanolinten[44]

Gezien de basiseigenschappen van verschillende dopingelementen en hun verschillende werkingsmechanismen in de koolstof roosterstructuur is co-doping met meerdere elementen een van de belangrijke strategieën om de oppervlaktechemie van koolstofmaterialen te reguleren en zwavel te verbeteren elektrochemische reacties [41, 42, 43]. In dit opzicht, de onderzoeksgroep van Kuang [44] synthetiseerde met stikstof en boor gecodoteerde grafeen nanolinten (NBCGN's) voor de eerste keer via een hydrothermische methode als gastheermateriaal voor de zwavelkathode, zoals weergegeven in figuur 3 (c). Uit de studie bleek dat de synergetische Het effect van co-doping met stikstof en boor zorgt er niet alleen voor dat NBCGN's groter worden specifiek oppervlak, porievolume en hogere geleidbaarheid, maar helpt ook gelijkmatig zwavel in de kathode verdelen. Wat nog belangrijker is, boor en stikstof fungeert als elektron-deficiënte en elektronenrijke centra in de co-gedoteerde systeem. Het kan via Lewis respectievelijk met Sx2- en Li+ worden verbonden interacties, waardoor lithiumpolysulfide efficiënter en significanter wordt geadsorbeerd het verbeteren van de cyclus- en snelheidsprestaties van de batterij (Figuur 3 (d, e)). Gebaseerd over vergelijkbare dopingstrategieën van elementen met hoge en lage elektronegativiteit. Jin et al. [45] Bereide gastheer van boor- en zuurstofco-gedoteerde meerwandige koolstofnanobuisjes materialen die boorzuur als doteermiddel gebruiken. De resulterende batterij heeft nog steeds een capaciteit van specifieke capaciteit van 937 mAhâg-1 na 100 cycli, wat is aanzienlijk beter dan de batterijprestaties op basis van gewone koolstof buizen (428 mAhâg-1). Daarnaast hebben onderzoekers het ook geprobeerd andere vormen van co-doping. Waaronder borosilicaat co-gedoteerd grafeen [46], kobalt metaal en boorstikstof co-gedoteerd grafeen [47], enz., hebben effectief verbeterde batterijprestaties. Het synergetische effect van de co-gedoteerde componenten speelt een cruciale rol bij het verbeteren van de elektrochemische zwavelreactie.

Doping van boorelementen kan effectief zijn Verbeter de intrinsieke geleidbaarheid en de chemische polariteit van het oppervlak van koolstof materialen, versterken de chemische adsorptie en remmen het pendelgedrag van lithiumpolysulfide, waardoor de elektrochemische reactiekinetiek van zwavel wordt verbeterd en stabiliteit, en het verbeteren van de batterijprestaties. Ondanks dit zijn er nog steeds veel problemen bij het onderzoek naar met boor gedoteerde koolstofmaterialen in lithiumzwavel batterijen, die verder moeten worden onderzocht en geanalyseerd. De invloed bijvoorbeeld van de hoeveelheid boordotering en de doteringsconfiguratie op het geleidbaarheidsoppervlak ladingsverdeling en adsorptiegedrag van lithiumpolysulfide van koolstof materialen. Tegelijkertijd, hoe koolstofmaterialen met een hoog boorgehalte te verkrijgen dopingniveaus en hoe de dopingconfiguratie nauwkeurig kan worden gecontroleerd, zijn allemaal afhankelijk over de ontwikkeling van geavanceerde bereidingsmethoden en -technologieën. In bovendien, voor co-gedoteerde systemen met meerdere elementen, een geschikter doteringselement Combinaties moeten nog verder worden onderzocht. Zet een systematiek op structuur-activiteitsrelatie om het synergetische effectmechanisme van te verduidelijken de co-gedoteerde structuur en de impact ervan op de modus en intensiteit van gastheer-gast interacties in de zwavelelektrochemie.

2.3 Metaalboriden

Metaalverbindingen zijn altijd een onderzoek geweest hotspot voor functionele materialen in lithium-zwavelbatterijen vanwege hun intrinsieke chemische polariteitskenmerken en goede morfologische en structurele plasticiteit. Het verschilt van gewone metaaloxiden, sulfiden, nitriden en andere ionische verbindingen. Metaalboriden bestaan ​​gewoonlijk uit boor en metaalelementen gebaseerd op covalente bindingen, en hun gevulde structuur erft onderdeel van de metalliciteit. Het vertoont een veel hogere geleidbaarheid dan ander metaal verbindingen (Figuur 4) [48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56], en kunnen een snelle toevoer van elektronen voor elektrochemische reacties [57]. Tegelijkertijd, er is een lokale polaire structuur met beperkte ionische binding tussen metaal en boor, wat goede adsorptieplaatsen voor polysulfiden kan opleveren [58,59]. In aanvulling, de stabiliteit van sterk elektronegatief boor wordt verzwakt na het legeren met overgangsmetalen, en het is gemakkelijker om deel te nemen aan redoxreacties. Dit maakt het mogelijk dat metaalboriden deelnemen aan lithiumzwavel elektrochemische reacties via oppervlaktereacties als mediator [60].

Afb. 4 Geleidbaarheidsvergelijking met verschillende categorieën metaal verbindingen[48,49,50,51, 52,53,54,55,56]

Guan et al. [61] bereidde een gastheermateriaal voor voor zwavelkathodes door amorfe Co2B-nanodeeltjes op grafeen te laden met behulp van a methode voor reductie van de vloeibare fase. Studies hebben aangetoond dat zowel boor als kobalt kunnen dienen als adsorptieplaatsen om daarbij lithiumpolysulfide chemisch te verankeren het belemmeren van de ontbinding en migratie ervan. Gecombineerd met het uitstekende lange bereik geleidbaarheid van grafeen, heeft de batterij nog steeds een ontladingsspecifieke capaciteit van 758 mAh·g-1 na 450 cycli bij 1C-snelheid, en de snelheid van capaciteitsverval per cyclus is 0,029%, wat uitstekende cyclusprestaties aangeeft. Gebaseerd op een soortgelijke synergetisch adsorptie-effect, het Co2B@CNT-composietmateriaal, gebruikt als a functionele scheider voor lithium-zwavelbatterijen, heeft een adsorptiecapaciteit van Li2S6 zo hoog als 11,67 mgâm-2 [62], wat kan blokkeer effectief de diffusie en penetratie van polysulfiden en bereik de doel van het remmen van het shuttle-effect. Op deze basis concluderen Guan et al. [63] gebruikte verder tweedimensionaal metaalcarbide (MXene) als drager om een Co2B@MXene heterojunctiecomposietmateriaal (Figuur 5 (a ~ d)). Door theoretische berekeningen bleek dat de elektronische interactie op de heterojunctie-interface leidt tot de overdracht van elektronen van Co2B naar MXene. Dit effect verbetert de adsorptie en het katalytische vermogen van Co2B polysulfiden (Figuur 5 (a, b)). Daarom is de snelheid waarmee de capaciteit afneemt van de batterij op basis van Co2B@MXene functioneel gemodificeerde afscheider gedurende 2000 cycli bedraagt ​​slechts 0,0088% per cyclus. En bij een zwavelbelasting van 5,1 mgâcm-2 is de specifieke capaciteit nog steeds zo hoog als 5,2 mAhâcm-2 (Figuur 5(c, d)). Opgemerkt moet worden dat vergeleken met kristallijne fasestructuren, dit type metaalboride in de amorfe fase materialen is zachter en eenvoudiger in materiaalvoorbereiding. Echter, de controleerbaarheid en stabiliteit van de atomaire en moleculaire structuur zijn dat wel relatief arm, wat een groot obstakel vormt voor het verduidelijken van de componenten ervan microstructuur, en onderzoek naar het invloedsmechanisme ervan op de zwavel elektrochemisch reactieproces.

Afb. 5 (a) Li2S4-adsorptieconfiguraties ingeschakeld Co2B- en Co2B@MXene-oppervlakken, (b) schema van de elektronenherverdeling aan de interfaces tussen Co2B en MXene, (c) cyclische prestaties van cellen op basis van Co2B@MXene en andere scheiders, (d) cyclische prestaties op lange termijn van de Co2B@MXene-cel[63]; (e) schematische illustratie van chemische insluiting van oppervlaktewater polysulfiden op TiB2, (f) adsorptieconfiguraties en (g) energieën van zwavelsoorten op (001) en (111) oppervlakken van TiB2, (h) prestaties bij hoge belasting en (i) langdurige cycli van op TiB2 gebaseerde zwavelelektrode[63,65]

TiB2 is een klassiek metaalboride met uitstekende elektrische geleidbaarheid (~106 Sâcm-1) en wordt veel gebruikt in gebieden zoals geleidende keramiek, precisiebewerking en elektrochemie apparaten. TiB2 heeft een typische zeshoekige structuur en heeft een hoge hardheid en structurele elasticiteit, die helpt zich aan te passen aan de volumeverandering van de zwavelreactie. Tegelijkertijd is er een groot aantal onverzadigde structuren op het oppervlak Er wordt verwacht dat het een sterke chemische interactie op het grensvlak met lithium zal vormen polysulfide [64], waardoor goede adsorptie- en opsluitingseffecten worden bereikt. Li et al. [65] meldde voor het eerst dat TiB2 werd gebruikt als gastheermateriaal voor zwavel kathoden. Zoals weergegeven in figuur 5 (bijvoorbeeld), tijdens het thermische compoundeerproces met S is het oppervlak van TiB2 gedeeltelijk gezwaveld. Het lithiumpolysulfide geproduceerd tijdens de reactie wordt effectief geadsorbeerd via van der Waals krachten en Lewis-zuur-base-interacties, en het effect van dit mechanisme is belangrijker op het (001) oppervlak. De verkregen zwavelkathode verkreeg a stabiele cyclus van 500 cycli bij 1C-snelheid, en tegelijkertijd de specifieke capaciteit bleef nog steeds 3,3 mAhâcm-2 na 100 cycli bij a zwavelbelasting van 3,9 mgâcm-2. liet goed zien elektrochemische prestaties (Figuur 5(h, i)). Gebaseerd op de resultaten van XPS analyse en theoretische berekeningen, het uitstekende lithiumpolysulfide Het adsorptie-effect van TiB2 moet worden toegeschreven aan het oppervlak "passiverings"-mechanisme. Bovendien heeft Lu's onderzoeksgroep [66] vergeleek de adsorptie-effecten van TiB2, TiC en TiO2 op lithiumpolysulfide en onderzocht het concurrentiemechanisme tussen de overeenkomstige chemische stof adsorptie en solvatatiedesorptie. De resultaten tonen aan dat boor met minder elektronegativiteit zorgt ervoor dat TiB2 een sterker adsorptievermogen heeft, en gecombineerd met etherelektrolyt met een zwak solvatatievermogen kan het effectief verbeteren zwavelgebruik en verbeteren de omkeerbaarheid van elektrochemische reacties. Met het oog hierop is TiB2 ook gebruikt om multifunctioneel te bouwen afscheiders [67], die actief actief adsorberen, verankeren en hergebruiken materialen, waardoor de stabiliteit van de batterijcyclus aanzienlijk wordt verbeterd. De capaciteit kan 85% van de initiële waarde behouden na 300 cycli bij 0,5°C.

Net als TiB2 heeft MoB een goede geleidbaarheid, en de intrinsieke tweedimensionale structuur ervan is bevorderlijk voor het volledig blootleggen van de adsorptieplaatsen en zal naar verwachting een goede zwavelkathodekatalysator worden [68]. De Manthiram-onderzoeksgroep aan de Universiteit van Texas in Austin [69] gebruikte Sn als reductiemiddel en synthetiseerde MoB-nanodeeltjes via a vastefasemethode, die goede adsorptie- en katalytische capaciteiten vertoonde lithiumpolysulfide. MoB heeft een hoge elektronische geleidbaarheid (1,7×105 Sâm-1), wat kan zorgen voor een snelle toevoer van elektronen voor zwavel reacties; tegelijkertijd zijn de hydrofiele oppervlakte-eigenschappen van MoB dat ook bevorderlijk voor het bevochtigen van elektrolyten en het snelle transport van lithiumionen. Dit garandeert het gebruik van actieve materialen onder magere elektrolyt voorwaarden; bovendien kan MoB op nanoschaal de katalytische actieve stof volledig blootleggen plaatsen veroorzaakt door elektron-deficiënte booratomen, waardoor het materiaal kan ontstaan zowel uitstekende intrinsieke als schijnbare katalytische activiteit. Op basis van deze voordelen, zelfs als MoB in een kleine hoeveelheid wordt toegevoegd, kan het de werking aanzienlijk verbeteren elektrochemische prestaties en vertonen een aanzienlijke bruikbaarheid. Het resultaat accu heeft een capaciteitsvermindering van slechts 0,03% per cyclus na 1.000 cycli tegen een tarief van 1C. En bij een zwavelbelasting van 3,5 mgâcm-2 en een elektrolyt/zwavelverhouding (E/S) van 4,5 mlâg-1, Er werden uitstekende batterijprestaties met een zacht pakket bereikt. Bovendien is de De Nazar-onderzoeksgroep [70] gebruikte lichtgewicht MgB2 als elektrochemische stof conversiemedium voor lithiumpolysulfide. Er werd gevonden dat zowel B als Mg dit kunnen dienen als adsorptieplaatsen voor polysulfide-anionen, versterken de elektronenoverdracht, en bereik een betere cyclusstabiliteit bij hoge zwavelbelasting (9,3 mgâcm-2).

Deze werken illustreren volledig de effectiviteit en superioriteit van metaalboriden bij het verbeteren van zwavel elektrochemische reacties. Echter, vergeleken met systemen zoals metaaloxiden en sulfiden, zijn er nog relatief weinig onderzoeksrapporten over metaalboriden in lithium-zwavelbatterijen, en onderzoek naar materialen en aanverwante mechanismen moet ook worden uitgebreid en verdiept. Bovendien kristallijne metaalboriden hebben meestal een hoge structurele sterkte en het voorbereidingsproces vereist het overschrijden van hoge energiebarrières en het betrekken van hoge temperaturen, hoge druk en andere zware omstandigheden, wat hun onderzoek en toepassing beperkt. Daarom, de ontwikkeling van eenvoudige, milde en efficiënte metaalboridesynthesemethoden is ook een belangrijke richting in het onderzoek naar metaalboriden.

2.4 Niet-metaalboriden

Vergeleken met metaalboriden, niet-metaal Boriden zijn meestal minder dicht en lichter, wat gunstig is voor de ontwikkeling van batterijen met een hoge energiedichtheid; echter hun lagere geleidbaarheid creëert weerstand tegen de efficiëntie en kinetiek van elektrochemische zwavel reacties. Momenteel hebben onderzoekers enige vooruitgang geboekt bij de constructie zwavelbindende materialen voor lithium-zwavelbatterijen op basis van niet-metaalboriden waaronder boornitride, boorcarbide, boorfosfide en boorsulfide [71, 72, 73].

Boornitride (BN) en boorcarbide (BC) zijn de twee meest representatieve en meest bestudeerde niet-metaalboriden. BN is samengesteld uit stikstofatomen en booratomen, afwisselend verbonden, en voornamelijk omvat vier kristalvormen: zeshoekig, trigonaal, kubisch en leuriet [74]. Te midden van hen vertoont hexagonaal boornitride (h-BN) kenmerken zoals breed bandafstand, hoge thermische geleidbaarheid en goede thermische en chemische stabiliteit aan zijn grafietachtige tweedimensionale structuur en gelokaliseerde elektronische polarisatie kenmerken [75,76] . De B-N-structuur heeft duidelijke polaire kenmerken en heeft een sterke chemische adsorptiecapaciteit voor lithiumpolysulfide. Bij de Tegelijkertijd kunnen de chemische eigenschappen van het oppervlak worden gecontroleerd elementdoping en topologische defectconstructie om de stabiliteit van te garanderen de moleculaire structuur van polysulfide terwijl de adsorptiesterkte ervan wordt verbeterd [77]. Gebaseerd op dit idee, Yi et al. [78] rapporteerde een stikstofarme enkele laag boornitride (v-BN) als gastheermateriaal voor zwavelkathodes (Figuur 6 (a)). Uit onderzoek is gebleken dat de elektropositieve vacatures bij v-BN niet alleen daartoe bijdragen fixeren en transformeren polysulfiden, maar versnellen ook de diffusie en migratie van lithiumionen. Vergeleken met origineel BN heeft de op v-BN gebaseerde kathode een hogere initiële capaciteit bij 0,1C (1262 versus 775 mAhâg-1), en de capaciteit het vervalpercentage na 500 cycli bij 1C bedraagt ​​slechts 0,084% per cyclus. Demonstreert goed stabiliteit van fietsen. Bovendien hebben He et al. [79] ontdekte dat O-doping verder kan verbeter de chemische polariteit van BN-oppervlak, breng het materiaal ertoe a te vormen groter specifiek oppervlak, en tegelijkertijd de intrinsieke en verbeteren schijnbare adsorptie-eigenschappen.

Afb. 6 (a) TEM-afbeelding en schematische atomaire structuur van v-BN[78]; (b) Schema van g-C3N4/BN/grafeen composiet ionenzeef en (c) de overeenkomstige Li-S-celcyclusprestaties[80]; (d) Schematisch en optisch beeld van BN/Celgard/koolstof drielaagse separator, en (e) de overeenkomstige celcyclusprestaties[83]; (f) Schema en (g) SEM-afbeelding van B4C@CNF en het model van B4C-nanodraad, (h) Li2S4-adsorptie-energieën op verschillende facetten van B4C[87]

Hoewel BN-materiaal een goede chemische stof heeft adsorptie-eigenschappen, zijn eigen slechte geleidbaarheid is niet bevorderlijk voor reactief overdracht van kosten. Daarom is het ontwerp van composietstructuren met geleidend materialen is een belangrijke manier om hun uitgebreide adsorptie verder te verbeteren en katalytische prestaties. Met het oog hierop hebben Deng et al. [80] ontwierp een composiet ionenzeef op basis van grafietachtig koolstofnitride (g-C3N4), BN en grafeen als multifunctionele tussenlaag voor lithium-zwavelbatterijen (Figuur 6(b)). Onder hen bevinden zich de geordende ionkanalen met een grootte van 0,3 nm in de g-C3N4 structuur kan polysulfiden effectief blokkeren en lithiumionen doorlaten door. BN dient als reactiekatalysator om de omzetting van te bevorderen polysulfiden en grafeen dient als ingebouwde stroomcollector uitstekende geleidbaarheid over lange afstanden. . Dankzij het synergetische effect hiervan drie tweedimensionale componenten, waar de resulterende batterij stabiel op kan fietsen meer dan 500 cycli bij een hoge zwavelbelasting van 6 mgâcm-2 en een snelheid van 1C (Figuur 6(c)). Bovendien hebben onderzoekers Ik heb geprobeerd een dunne laag BN-nanosheet/grafeen-composietfilm op de film aan te brengen oppervlak van de kathode als beschermende laag in een eenvoudigere en directere vorm [81,82]. Het remt effectief het oplossen en verspreiden van lithium polysulfide en verbetert de specifieke capaciteit en cyclus aanzienlijk stabiliteit van de zwavelkathode. Gedurende 1000 cycli bij 3C wordt de capaciteit het verzwakkingspercentage bedraagt ​​slechts 0,0037% per cyclus. Interessant is de Ungyu Paik onderzoeksgroep aan de Hanyang Universiteit [83] nam een ​​andere combinatie van ideeën over het construeren van een multifunctionele scheider met een BN/Celgard/carbon sandwich structuur. Zoals weergegeven in Figuur 6(d) zijn de koolstofhoudende laag en de BN-laag dat wel respectievelijk gecoat op de positieve en negatieve elektrodezijden van de gewone afscheider. Onder hen kunnen de koolstoflaag en de BN-laag gezamenlijk zijn blokkeer de shuttle van lithiumpolysulfide en beperk de diffusie ervan naar het oppervlak van de negatieve elektrode. Tegelijkertijd komt de BN-laag op het negatief terecht De elektrodezijde beperkt ook de groei van lithiumdendrieten. Dankzij dit coöperatief beschermingsmechanisme, de batterij heeft een hoog capaciteitsbehoud snelheid (76,6%) en specifieke capaciteit (780,7 mAhâg-1) na 250 cycli bij 0,5C. Aanzienlijk beter dan gewone afscheiders en met zuivere koolstof gemodificeerde scheiders (Figuur 6(e)).

Vergeleken met N heeft C een lagere elektronegativiteit, dus het elektronegativiteitsverschil tussen B en C is klein, wat resulteert in een zwakkere chemische polariteit van de B-C-structuur vergeleken met NC. Maar tegelijkertijd is er sprake van elektronendelokalisatie in de B-C-structuur verbeterd en de geleidbaarheid is beter [84,85]. Daarom is BC over het algemeen zichtbaar relatief complementaire fysische en chemische eigenschappen voor BN. Het heeft een lage dichtheid, relatief goede geleidbaarheid en goede katalytische eigenschappen, en heeft veelbelovende toepassingsvooruitzichten op energiegebied [86]. Luo et al. [87] groeide boorcarbide nanodraden (B4C@CNF) in situ op koolstofvezels als kathodegastheer materiaal (Figuur 6(f~h)). Onder hen absorbeert en beperkt B4C efficiënt polysulfiden via B-S-binding. Tegelijkertijd is de koolstofvezel geleidend netwerk helpt de geadsorbeerde zwavel snel om te zetten en verbetert de reactie kinetiek. De verkregen zwavelkathode heeft een capaciteitsretentie van 80% na 500 cycli, en kan stabiele cycli bereiken bij een hoog zwavelgehalte (massafractie 70%) en laadvermogen (10,3 mgâcm-2). Lied et al. [88] bouwde een superbegrensde zwavelgastheerstructuur rond B4C. De structuur maakt gebruik van geactiveerde poreuze katoenen koolstof als de flexibele matrix, B4C nanovezels als het actieve skelet, en grafeenoxide verder verminderd coating. Combineert op efficiënte wijze fysieke en chemische opsluiting, verlicht de verlies van actieve stoffen en bereikt een uitstekende cyclusstabiliteit. Met het oog op de goede adsorptie- en katalytische eigenschappen van B4C, Zhao's onderzoeksgroep [89] gelijkmatig verdeelde B4C-nanodeeltjes in koolstofvezeldoek door middel van een in-situ katalytisch ondersteunde groeimethode om efficiënt te verspreiden en bloot te leggen actieve sites. De verkregen zwavelkathode heeft een initiële capaciteit tot 1415 mAhâg-1 (0,1C) bij een belasting van 3,0 mgâcm-2 en een ultralange levensduur van 3000 cycli bij 1°C, wat goede toepassingsvooruitzichten laat zien.

Dat blijkt uit het bovenstaande niet-metaalboride heeft een goede adsorptie en katalytisch effect op lithium polysulfide, maar de geleidbaarheid ervan is relatief laag, en een geleidende drager is nog steeds nodig om de elektrochemische zwavelreactie te ondersteunen. Onder hen de verschil in de elektronische structuur van aangrenzende N- en C-atomen maakt BN en BC-materialen hebben hun eigen voor- en nadelen geleidbaarheid en interactie met lithiumpolysulfide. Met het oog hierop, gecombineerd met boorsulfide, boorfosfide, booroxide, enz., dit type niet-metaalboride kan worden gebruikt als een goede drager en platform om de structuur-activiteitsrelatie tussen lokale chemische polaire structuur en adsorptiekatalytisch vermogen. De verwachting is dat dit verder systematisch zal gebeuren correlatie en analyse zullen helpen de relevante microscopische reactie te begrijpen processen, reguleren de fijne structuur van materialen en verbeteren de elektrochemische prestaties van batterijen. Daarnaast de verdere toepassing en de ontwikkeling van niet-metaalboriden in lithium-zwavelbatterijen moet nog steeds plaatsvinden vertrouwen op de verbetering en optimalisatie van hun voorbereiding. Ontwikkel eenvoudig en milde preparatietechnologieën, terwijl er materiaalstructuren mee worden ontwikkeld hogere intrinsieke geleidbaarheid en het ontwerpen van efficiëntere composietmaterialen om te balanceren en rekening te houden met geleidbaarheid, adsorptie en katalytisch effecten.

3 Conclusie

Samenvattend hebben lithium-zwavelbatterijen dat wel hoge theoretische energiedichtheid vanwege hun multi-elektronenoverdrachtsreacties. Hun conversiereactiemechanisme en de intrinsieke zwakte zijn echter geleidbaarheid van de actieve materialen belemmeren de realisatie van de voordelen. Materialen op basis van boor hebben unieke fysische en chemische eigenschappen elektrochemische eigenschappen. Hun doelgerichte ontwerp en rationele toepassing zijn dat wel effectieve manieren om het shuttle-effect van lithium-zwavelbatterijen te verminderen verbetering van de reactiekinetiek en omkeerbaarheid. Ze hebben zich snel ontwikkeld de afgelopen jaren. Het onderzoek en de toepassing van op boor gebaseerde materialen in Lithium-zwavelbatterijen staan ​​nog in de kinderschoenen en de materiële structuur ervan ontwerp en het werkingsmechanisme ervan op de elektrochemische reactie van de batterij proces moet verder worden ontwikkeld en onderzocht. Het combineren van het materiaal kenmerken en de bovengenoemde onderzoeksvoortgang is de auteur van mening dat de de toekomstige ontwikkeling van op boor gebaseerde materialen in lithium-zwavelbatterijen zou dat moeten doen besteed meer aandacht aan de volgende aanwijzingen:

1) Materiaalsynthese. Synthetisch voorbereiding is een veelvoorkomend probleem waarmee de bovengenoemde op boor gebaseerde producten worden geconfronteerd materialen. Er is een dringende behoefte om eenvoudiger, milder en meer te ontwikkelen efficiënte materiaalvoorbereidingsmethoden om een ​​materiële basis voor het mechanisme te bieden onderzoek en toepassingspromotie. Onder hen de bereiding van amorf metaalboriden door middel van vloeistoffasereductiemethode is een veelbelovende ontwikkeling richting. Tegelijkertijd, voortbouwend op de voordelen en ervaring, het verkennen en ontwikkelen van synthetische routes op basis van solvothermisch of gesmolten zout methoden kunnen ook nieuwe ideeën opleveren voor de bereiding van op boor gebaseerd materialen. Bovendien, tijdens het bereidingsproces van boride, speciaal Er moet aandacht worden besteed aan de controle en het ontwerp van de nanostructuur en de bijbehorende structuren stabiliteit om te voldoen aan de behoeften van de interface-reactiekarakteristieken van lithium-zwavelbatterijen.

2) Verkenning van mechanismen. Op boor gebaseerd materialen hebben unieke en rijke chemische eigenschappen van het oppervlak. Ter plaatse karakteriseringsmethoden moeten worden gebruikt om de gastheer-gast verder te bestuderen interacties tussen op boor gebaseerde materialen en polysulfiden. Speciale aandacht moet worden besteed aan onomkeerbare sulfatering aan het oppervlak, zelf-elektrochemisch oxidatie en reductie, enz., om de beslissende structurele factoren ervan te onthullen adsorptie- en katalytische mogelijkheden, en het bieden van theoretische begeleiding en basis voor gericht ontwerp en ontwikkeling van materialen. Daarnaast is voor de representatieve amorfe metaalboriden, het is noodzakelijk om speciaal te betalen aandacht voor de verschillen in microstructuur en daarmee samenhangende fysieke en chemische eigenschappen tussen amorfe en kristallijne boriden, en samenwerken met de ontwikkeling van overeenkomstige structurele analyse en eigendom karakteriseringsanalysetechnologieën. Vermijd het afleiden van de interactie tussen amorfe materialen, lithiumpolysulfide en het reactieproces ervan uitsluitend gebaseerd op de kristallijne structuur.

3) Prestatie-evaluatie. Om de materiaal- en batterijevaluatiesysteem, terwijl het zwaveloppervlak wordt vergroot laden, moet er meer aandacht worden besteed aan het reguleren van belangrijke parameters zoals de dikte en porositeit van de elektrode om tegelijkertijd de kwaliteit te verbeteren en volumetrische energiedichtheid van de elektrode. Bovendien is de De elektrochemische eigenschappen onder omstandigheden van lage elektrolytdosering (E/S<5 mlâg-1S) en lage negatieve/positieve elektrodecapaciteitsverhouding (N/P<2) werden verder onderzocht. Tegelijkertijd onderzoeken we het versterkingseffect en de daarmee samenhangende wetenschappelijke en technische kwesties, van laboratoriumknoopcellen tot de daadwerkelijke productie van cilindrische of flexibele verpakkingsbatterijen, en maken we een redelijke en uitgebreide beoordeling van het prestatie-concurrentievermogen van het batterijniveau. Bied begeleiding en referentie voor de commerciële ontwikkeling van lithium-zwavelbatterijen.

Samenvattend richt dit artikel zich op op boor gebaseerde materialen en bespreekt de laatste onderzoeksvoortgang van borofeen, Met booratomen gedoteerde koolstof, metaalboriden en niet-metaalboriden in lithiumzwavel batterij systemen. Ik hoop dat het een referentie en inspiratie kan zijn voor collega's, de ontwikkeling en toepassing van op boor gebaseerde materialen op het gebied van uitbreiden nieuwe energie, en de praktische ontwikkeling van lithium-zwavelbatterijen bevorderen.

Referenties

[1] DUNN B, KAMATH H, TARASCON JM. Opslag van elektrische energie voor het elektriciteitsnet: een reeks keuzes. Wetenschap, 2011,334(6058):928-935.

[2] ARICO A S, BRUCE P, SCROSATI B, et al. Nanogestructureerde materialen voor geavanceerde energieconversie- en opslagapparaten. Natuurmaterialen, 2005,4(5):366-377.

[3] LIANG Y R, ZHAO C Z, YUAN H, et al. A beoordeling van oplaadbare batterijen voor draagbare elektronische apparaten. InfoMat, 2019,1(1):6-32.

[4] GOODENOUGH J B, PARK KS. De Li-ion oplaadbare batterij: een perspectief. Tijdschrift van de American Chemical Society, 2013,135(4):1167-1176.

[5] TARASCON JM, ARMAND M. Kwesties en uitdagingen waarmee oplaadbare lithiumbatterijen worden geconfronteerd. Natuur, 2011,414:171-179.

[6] JIN G Y, HE H C, WU J, et al. Met kobalt gedoteerd hol koolstofraamwerk als zwavelgastheer voor de kathode van lithium zwavel batterij. Journal of Anorganische Materialen, 2021,36(2):203-209.

[7] FANG R, ZHAO S Y, SUN Z H, et al. Meer betrouwbare lithium-zwavelbatterijen: status, oplossingen en vooruitzichten. Geavanceerd Materialen, 2017,29(48):1606823.

[8] HU JJ, LI GR R, GAO X P. Huidig status, problemen en uitdagingen in lithium-zwavelbatterijen. Journaal van Anorganische materialen, 2013,28(11):1181-1186.

[9] LI GR, WANG S, ZHANG Y N, et al. Een nieuwe kijk op de rol van polysulfiden in lithium-zwavelbatterijen. Geavanceerd Materialen, 2018,30(22):1705590.

[10] PENG HJ, HUANG JQ, ZHANG Q. Een recensie van flexibel lithium-zwavel en analoog oplaadbaar alkalimetaal-chalcogeen batterijen. Beoordelingen van de Chemical Society, 2017,46(17):5237-5288.

[11] JANA M, XU R, CHENG X B, et al. Rationeel ontwerp van tweedimensionale nanomaterialen voor lithium-zwavelbatterijen. Energie- en milieuwetenschappen, 2020,13(4):1049-1075.

[12] HE JR, MANTHIRAM A. Een recensie over de status en uitdagingen van elektrokatalysatoren in lithium-zwavelbatterijen. Energie Opslagmaterialen, 2019,20:55-70.

[13] SEH ZW, SUN Y M, ZHANG QF, et al. Ontwerp van hoogenergetische lithium-zwavelbatterijen. Chemische Vereniging beoordelingen, 2016,45(20):5605-5634.

[14] JI XL, EVERS S, ZWART R, et al. Stabilisatie van lithium-zwavelkathodes met behulp van polysulfidereservoirs. Natuur Communicatie, 2011, 2:325.

[15] ZHANG Z, KONG L L, LIU S, et al. A hoogrenderende zwavel/koolstofcomposiet op basis van 3D grafeen nanosheet@carbon nanobuismatrix als kathode voor lithium-zwavelbatterijen. Geavanceerde energie Materialen, 2017,7(11):1602543.

[16] XU WC, PAN X X, MENG X, et al. A geleidend zwavelhoudend materiaal met ultrafijn vanadiumnitride nanodeeltjes voor krachtige lithium-zwavelbatterijen. Electrochimica Acta, 2020,331:135287.

[17] LIU Y T, LIU S, LI GR, et al. Hoog volumetrische energiedichtheid zwavelkathode met zwaar en katalytisch metaaloxide host voor lithium-zwavelbatterij. Geavanceerde wetenschap, 2020,7(12):1903693.

[18] CHEN HH, XIAO YW, CHEN C, et al. Geleidende MOF-gemodificeerde separator voor het verminderen van het shuttle-effect van lithium- zwavelbatterij via een filtratiemethode. ACS toegepaste materialen en Interfaces, 2019,11(12):11459-11465.

[19] YOO J, CHO S J, JUNG G Y, et al. COF-net op CNT-net als een moleculair ontworpen, hiërarchische poreuze chemische val voor polysulfiden in lithium-zwavelbatterijen. Nano-brieven, 2016,16(5):3292-3300.

[20] HU Y, LIU C. Introductie van 1,2-migratie voor organoboorverbindingen. Universitaire Scheikunde, 2019,34(12):39-44.

[21] SOREN KM, SUNING W. Op basis van boor Stimuleert responsieve materialen. Beoordelingen van de Chemical Society, 2019,48(13):3537-3549.

[22] HUANG ZG, WANG S N, DEWHURST R D, et al. Borium: zijn rol in energiegerelateerde processen en toepassingen. Angewandte Chemie Internationale editie, 2020,59(23):8800-8816.

[23] ZHU Y H, GAO S M, HOSMANE N S. Met boor verrijkte geavanceerde energiematerialen. Anorganica Chimica Acta, 2017,471:577-586.

[24]KHAN K, TAREEN AK, ASLAM M, et al. Synthese, eigenschappen en nieuwe elektrokatalytische toepassingen van de 2D-borofeenxenen. Vooruitgang in de vastestofchemie, 2020,59:100283.

[25] RAO DW, LIU XJ, YANG H, et al. Grensvlakconcurrentie tussen een op borofeen gebaseerde kathode en elektrolyt de meervoudige sulfide-immobilisatie van een lithiumzwavelbatterij. Journaal van Materiaalchemie A, 2019,7(12):7092-7098.

[26] JIANG HR, SHYY W, LIU M, et al. Borofeen en defectief borofeen als potentiële verankeringsmaterialen voor Lithium-zwavelbatterijen: een onderzoek naar de eerste principes. Tijdschrift voor materialen Chemie A, 2018,6(5):2107-2114.

[27] ZHANG C Y, HE Q, CHU W, et al. Overgangsmetalen gedoteerde borofeen-grafeen heterostructuur voor robuustheid polysulfide-verankering: een eerste principestudie. Toegepaste oppervlaktewetenschap, 2020,534:147575.

[28] ZHANG L, LIANG P, SHU H B, et al. Borofeen als efficiënte zwavelgastheren voor lithium-zwavelbatterijen: onderdrukking shuttle-effect en verbetering van de geleidbaarheid. Tijdschrift voor Fysische Chemie C, 2017,121(29):15549-15555.

[29] GRIXTI S, MUKHERJEE S, SINGH CV. Tweedimensionaal boor als indrukwekkende lithium-zwavelbatterijkathode materiaal. Materialen voor energieopslag, 2018,13:80-87.

[30] MANNIX AJ, ZHOU XF, KIRALY B, et al. Synthese van borofenen: anisotrope, tweedimensionale boorpolymorfen. Wetenschap, 2015,350(6267):1513-1516.

[31] FENG BJ, ZHANG J, ZHONG Q, et al. Experimentele realisatie van tweedimensionale boorplaten. Natuurchemie, 2016,8(6):564-569.

[32] PARAKNOWITSCH JP, THOMAS A. Doping koolstoffen voorbij stikstof: een overzicht van geavanceerde heteroatoom-gedoteerde koolstoffen met boor, zwavel en fosfor voor energietoepassingen. Energie & Milieuwetenschappen, 2013,6(10):2839-2855.

[33] WANG H B, MAIYALAGAN T, WANG X. Recensie over de recente vooruitgang op het gebied van met stikstof gedoteerd grafeen: synthese, karakterisering en zijn potentiële toepassingen. ACS-katalyse, 2012,2(5):781-794.

[34] XIE Y, MENG Z, CAI TW, et al. Effect van boordoping op de grafeen-aerogel die wordt gebruikt als kathode voor de lithiumzwavel batterij. ACS toegepaste materialen en interfaces, 2015,7(45):25202-25210.

[35] SHI PC, WANG Y, LIANG X, et al. Gelijktijdig geëxfolieerde met boor gedoteerde grafeenvellen om zwavel in te kapselen toepassingen in lithium-zwavelbatterijen. ACS Duurzame Chemie & Techniek, 2018,6(8):9661-9670.

[36] YANG LJ, JIANG SJ, ZHAO Y, et al. Met boor gedoteerde koolstofnanobuisjes als metaalvrije elektrokatalysatoren voor de zuurstof reductie reactie. Angewandte Chemie Internationale Editie, 2011,50(31):7132-7135.

[37] AI W, LI JW, DU Z Z, et al. Dubbel opsluiting van polysulfiden in met boor gedoteerde poreuze koolstofbol / grafeen-hybride voor geavanceerde Li-S-batterijen. Nano-onderzoek, 2018,11(9):4562-4573.

[38] YANG CP, YIN Y X, YE H, et al. Inzicht in het effect van boordotering op de zwavel/koolstofkathode in lithium-zwavelbatterijen. ACS toegepaste materialen en interfaces, 2014,6(11):8789-8795.

[39] XU C X, ZHOU H H, FU CP, et al. Hydrothermische synthese van met boor gedoteerde, opengeritste koolstofnanobuisjes / zwavel composiet voor krachtige lithium-zwavelbatterijen. Electrochimica Acta, 2017,232:156-163.

[40] HAN P, MANTHIRAM A. Borium- en met stikstof gedoteerde afscheiders met gereduceerd grafeenoxidecoating voor hoge prestaties Li-S-batterijen. Journal of Power Sources, 2017,369:87-94.

[41] HOU T Z, CHEN X, PENG HJ, et al. Ontwerpprincipes voor met heteroatomen gedoteerde nanokoolstof om sterke verankering te bereiken van polysulfiden voor lithium-zwavelbatterijen. Klein, 2016,12(24):3283-3291.

[42] XIONG DG, ZHANG Z, HUANG X Y, et al. Het versterken van de polysulfide-opsluiting in B/N-gecodoteerd hiërarchisch poreus koolstofnanosheets via Lewis-zuur-base-interactie voor stabiele Li-S-batterijen. Journal of Energy Chemistry, 2020,51:90-100.

[43] YUAN S Y, BAO JL, WANG L N, et al. Door grafeen ondersteunde stikstof- en boorrijke koolstoflaag voor verbeterde prestaties van lithium-zwavelbatterijen als gevolg van verbeterde chemisorptie van lithiumpolysulfiden. Geavanceerde energiematerialen, 2016,6(5):1501733.

[44] CHEN L, FENG JR, ZHOU HH, et al. Hydrothermische bereiding van stikstof, boor gecodoteerd gebogen grafeen nanolinten met hoge hoeveelheden doteermiddelen voor hoogwaardige lithiumzwavel batterij kathodes. Journal of Materials Chemistry A, 2017,5(16):7403-7415.

[45] JIN CB, ZHANG W K, ZHUANG Z Z, et al. Verbeterde sulfide-chemisorptie met behulp van boor en zuurstof, dubbel gedoteerd, meerwandig koolstofnanobuisjes voor geavanceerde lithium-zwavelbatterijen. Tijdschrift voor materialen Chemie A, 2017,5(2):632-640.

[46] ULLAH S, DENIS P A, SATO F. Ongebruikelijk verbetering van de adsorptie-energieën van natrium en kalium in zwavel-stikstof en silicium-boor gecodoteerd grafeen. ACS-Omega, 2018,3(11):15821-15828.

[47] ZHANG Z, XIONG DG, SHAO A H, et al. Integratie van metallisch kobalt en N/B-heteroatomen in poreuze koolstofnanoplaten als efficiënte zwavelstartonderbreker voor lithium-zwavelbatterijen. Koolstof, 2020,167:918-929.

[48] WANG P, KUMAR R, SANKARAN E M, et al. Vanadiumdiboride (VB2) gesynthetiseerd onder hoge druk: elastisch, mechanisch, elektronische en magnetische eigenschappen en thermische stabiliteit. Anorganische chemie, 2018,57(3):1096-1105.

[49] HE G J, LING M, HAN X Y, et al. Zelfstaande elektroden met kern-schaalstructuren voor hoge prestaties supercondensatoren. Materialen voor energieopslag, 2017,9:119-125.

[50] WANG CC, AKBAR SA, CHEN W, et al. Elektrische eigenschappen van hoge-temperatuuroxiden, boriden, carbiden en nitriden. Journal of Materials Science, 1995,30(7):1627-1641.

[51] XIAO ZB, YANG Z, ZHANG LJ, et al. Sandwich-type NbS2@S@I-gedoteerd grafeen voor hoogzwavelbeladen, ultrahoge snelheid, en lithiumzwavelbatterijen met een lange levensduur. ACS Nano, 2017,11(8):8488-8498.

[52] WANG LJ, LIU FH, ZHAO BY, et al. Koolstofnanoschalen gevuld met MoS2-nanosheets als elektrodemateriaal supercondensatoren. ACS toegepaste nanomaterialen, 2020,3(7):6448-6459.

[53] BALACH J, LINNEMANN J, JAUMANN T, et al. Op metaal gebaseerde nanogestructureerde materialen voor geavanceerde lithium-zwavelbatterijen. Journal of Materials Chemistry A, 2018,6(46):23127-23168.

[54] BEN-DOR L, SHIMONY Y. Kristal structuur, magnetische gevoeligheid en elektrische geleidbaarheid van zuivere en NiO-gedoteerde MoO2 en WO2. Materials Research Bulletin, 1974,9(6):837-44.

[55] SAMSONOV G. é¾çååç©æå. å京:ä¸å½å·¥ä¸åºç社, 1965: 1-147.

[56] FENG LS, QUN C X, LIN M Y, et al. Nb-gebaseerde oxiden als anodematerialen voor lithiumionbatterijen. Vooruitgang binnen Scheikunde, 2015,27(2/3):297-309.

[57] TAO Q, MA SL, CUI T, et al. Structuren en eigenschappen van functionele overgangsmetaalboriden. Acta Physica Sinica, 2017,66(3):036103.

[58] SHEN YF, XU C, HUANG M, et al. Onderzoeksvooruitgang van boorclusters, boraan en met metaal gedoteerde boorverbindingen. Vooruitgang in de scheikunde, 2016,28(11):1601-1614.

[59] GUPTA S, PATEL M K, MIOTELLO A, et al. Op metaalboride gebaseerde katalysatoren voor elektrochemische watersplitsing: een overzicht. Geavanceerde functionele materialen, 2020,30(1):1906481.

[60] WU F, WU C. Nieuwe secundaire batterijen en hun belangrijkste materialen gebaseerd op het concept van multi-elektronenreactie. Chinees Wetenschapsbulletin, 2014,59(27):3369-3376.

[61] GUAN B, FAN LS, WU X, et al. De gemakkelijke synthese en verbeterde lithium-zwavelbatterijprestaties van een amorf kobaltboride (Co2B) @ grafeen composietkathode. Tijdschrift voor materialen Chemie A, 2018,6(47):24045-24049.

[62] GUAN B, ZHANG Y, FAN L S, et al. Blokkeren van polysulfide met Co2B@CNT via âsynergetisch adsorptief effectâ richting ultrahoge capaciteit en robuuste lithium-zwavelbatterij. ACS Nano, 2019,13(6):6742-6750.

[63] GUAN B, SUN X, ZHANG Y, et al. De ontdekking van elektronische grensvlakinteractie binnen kobaltboride@MXene voor hoogwaardige lithium-zwavelbatterijen. Chinese chemische letters, 2020,32(7):2249-2253.

[64] BASU B, RAJU GSURI A. Verwerking en eigenschappen van monolithische op TiB2 gebaseerde materialen. Internationale materiaalrecensies, 2006,51(6):352-374.

[65] LI C C, LIU X B, ZHU L, et al. Geleidend en polair titaniumboride als zwavelgastheer voor gevorderden lithium-zwavelbatterijen. Chemie van materialen, 2018,30(20):6969-6977.

[66] LI Z J, JIANG HR, LAI N C, et al. Ontwerp van een effectief oplosmiddel-katalysator-interface voor katalytische zwavelomzetting in lithium-zwavelbatterijen. mysterie van materialen, 2019,31(24):10186-10196.

[67] JIN L M, NI J, SHEN C, et al. Metaalgeleidend TiB2 als multifunctionele separatormodificator voor verbeterde lithiumzwavelbatterijen. Journal of Power Sources, 2020,448:227336.

[68] WUR, XU HK, ZHAO YW, et al. Het door borofeenachtige boorsubeenheden ingevoegde molybdeenraamwerk van MoB2 maakt dit mogelijk stabiele en snelwerkende lithium-zwavelbatterijen op Li2S6-basis. Energie opslag Materialen, 2020,32:216-224.

[69] HE JR, BHARGAV A, MANTHIRAM A. Molybdeenboride als efficiënte katalysator om polysulfide-redox mogelijk te maken Lithium-zwavelbatterijen met een hoge energiedichtheid. Geavanceerde materialen, 2020,32(40):2004741.

[70] PANG Q, KWOK C Y, KUNDU D, et al. Lichtgewicht metalen MgB2 bemiddelt polysulfide-redox en belooft lithium-zwavelbatterijen met hoge energiedichtheid. Joule, 2019,3(1):136-148.

[71] YU T T, GAO PF, ZHANG Y, et al. Boriumfosfidemonolaag als potentieel verankeringsmateriaal voor lithiumzwavel batterijen: een onderzoek naar de eerste beginselen. Toegepaste oppervlaktewetenschappen, 2019,486:281-286.

[72] JANA S, THOMAS S, LEE CH, et al. B3S monolaag: voorspelling van een hoogwaardig anodemateriaal voor lithium-ion batterijen. Journal of Materials Chemistry A, 2019,7(20):12706-12712.

[73] SUN C, HAI C X, ZHOU Y, et al. Zeer katalytische boornitride nanovezel in situ gekweekt op voorbehandeld ketjenblack als a kathode voor verbeterde prestaties van lithium-zwavelbatterijen. ACS toegepast Energiematerialen, 2020,3(11):10841-10853.

[74] ARENAL R, LOPEZ BEZANILLA A. Boron nitridematerialen: een overzicht van 0D tot 3D (nano)structuren. Wiley Interdisciplinaire beoordelingen-Computational Molecular Science, 2015,5(4):299-309.

[75] JIANG XF, WENG QH, WANG XB, et al. Recente vooruitgang op het gebied van fabricage en toepassingen van boornitride nanomaterialen: een overzicht. Tijdschrift voor materiaalwetenschappen en technologie, 2015,31(6):589-598.

[76] PRAKASH A, NEHATE S D, SUNDARAM K B. Metaal-isolator-metaal-UV-detectoren op basis van boorkoolnitride voor agressieve toepassingen omgeving toepassingen. Optiekbrieven, 2016,41(18):4249-4252.

[77] ZHAO Y M, YANG L, ZHAO JX, et al. Hoe om inerte boornitride nanosheets actief te maken voor de immobilisatie van polysulfiden voor lithium-zwavelbatterijen: een computationeel onderzoek. Fysiek Scheikunde Chemische Fysica, 2017,19(28):18208-18216.

[78] YI YK, LI HP, CHANG H H, et al. Boriumnitride met weinig lagen met technische stikstofvacatures voor promotie omzetting van polysulfide als kathodematrix voor lithium-zwavelbatterijen. Chemie, 2019,25(34):8112-8117.

[79] HE B, LI W C, ZHANG Y, et al. Paragenesis BN/CNTs hybride als monokliene zwavelgastheer voor hoge snelheid en lithium-zwavelbatterij met ultralange levensduur. Tijdschrift voor materiaalchemie A, 2018,6(47):24194-24200.

[80] DENG DR, BAI CD, XUE F, et al. Multifunctionele ionenzeef opgebouwd uit 2D-materialen als tussenlaag voor Li-S batterijen. ACS toegepaste materialen en interfaces, 2019,11(12):11474-11480.

[81] SUN K, GUO P Q, SHANG XN, et al. Mesoporeuze boorkoolstofnitride/grafeen-gemodificeerde afscheiders zijn even efficiënt polysulfidenbarrière voor zeer stabiele lithium-zwavelbatterijen. Journaal van Elektroanalytische chemie, 2019,842:34-40.

[82] FAN Y, YANG Z, HUA W X, et al. Gefunctionaliseerde boornitride nanosheets/grafeen-tussenlaag voor snelle en lithium-zwavelbatterijen met een lange levensduur. Geavanceerde energiematerialen, 2017,7(13):1602380.

[83] KIM PJH, SEO J, FU K, et al. Synergetisch beschermend effect van een BN-koolstofscheider voor zeer stabiel lithium-zwavelbatterijen. NPG Asia Materials, 2017,9(4):e375.

[84] PRAMANICK A, DEY P P, DAS P K. Microstructuur-, fase- en elektrische geleidbaarheidsanalyses van vonkplasma gesinterd boorcarbide bewerkt met WEDM. Keramiek Internationaal, 2020,46(3):2887-2894.

[85] YEGANEH M, SARAF HH, KAFI F, et al. Eerste beginselenonderzoek van vibratie, elektronisch en optisch eigenschappen van grafeenachtig boorcarbide. Solid State-communicatie, 2020.305:113750.

[86] CHANG Y K, SUN X H, MA M D, et al. Toepassing van harde keramische materialen B4C in energieopslag: ontwerp B4C@C core-shell nanodeeltjes als elektroden voor flexibele, volledig vaste-stof micro- supercondensatoren met ultrahoge cyclusbaarheid. Nano-energie, 2020,75:104947.

[87] LUO L, CHUNG SH, ASL H Y, et al. Lithium-zwavelbatterijen met lange levensduur en een bifunctioneel kathodesubstraat geconfigureerd met boorcarbide nanodraden. Geavanceerde materialen, 2018,30(39):1804149.

[88] SONG NN, GAO Z, ZHANG Y Y, et al. B4C flexibele lithium-zwavelbatterijen met nanoskelet. Nano-energie, 2019,58:30-39.

[89] ZHANG RH, CHI C, WU MC, et al. A Li-S-batterij met lange levensduur, mogelijk gemaakt door een kathode gemaakt van goed verdeeld B4C nanodeeltjes versierden geactiveerde katoenvezels. Tijdschrift voor stroombronnen, 2020,451:227751.