Materiál na bázi boru v lithium-sirné baterii

Nedávný pokrok materiálů na bázi boru v lithium-sírových bateriích

Autor:LI Gaoran, LI Hongyang, ZENG Haibo

Klíčová laboratoř pokročilých zobrazovacích materiálů a zařízení MIIT, Institut nanooptoelektronických materiálů, School of Materials Science and Engineering, Univerzita vědy a technologie v Nanjing, Nanjing 210094

Abstraktní

Lithium-sírové (Li-S) baterie hrají klíčovou roli ve vývoji technologie elektrochemického skladování energie nové generace díky své vysoké hustotě energie a nízké ceně. Jejich praktické aplikaci však stále brání pomalá kinetika a nízká reverzibilita konverzních reakcí, které přispívají k relativně nízké praktické kapacitě, coulombovské neefektivitě a cyklické nestabilitě. V tomto ohledu racionální návrh vodivých, adsorpčních a katalytických funkčních materiálů představuje kritickou cestu ke stabilizaci a podpoře elektrochemie síry. Materiály na bázi boru využívající jedinečné atomové a elektronické struktury boru vykazují rozmanité a laditelné fyzikální, chemické a elektrochemické vlastnosti a získaly rozsáhlou výzkumnou pozornost v oblasti Li-S baterií. Tento článek shrnuje nedávný pokrok ve výzkumu materiálů na bázi boru, včetně borofenu, uhlíku dopovaného atomem boru, boridů kovů a boridů nekovů v Li-S bateriích, uzavírá zbývající problémy a navrhuje perspektivu budoucího vývoje.

Klíčová slova:lithium-sírová baterie, borid, chemický doping, borofen, kyvadlový efekt, recenze

Rozvoj zelené obnovitelné energie, vývoj pokročilých metod přeměny a skladování energie a vytvoření účinného a čistého energetického systému jsou nevyhnutelné volby, jak se vypořádat s energetickou krizí a změnou klimatu v dnešním světě. Elektrochemická technologie skladování energie, reprezentovaná bateriemi, může přeměňovat a ukládat novou čistou energii a využívat ji v efektivnější a pohodlnější formě, což hraje důležitou roli při podpoře zelené energie a udržitelného rozvoje [1,2]. Mezi mnoha technologiemi baterií mají lithium-iontové baterie výhody vysoké hustoty energie a bez paměťového efektu. Od komercializace v roce 1991 dosáhl rychlého rozvoje a byl široce používán v elektrických vozidlech, přenosných elektronických zařízeních, národní obraně a dalších oblastech [3,4]. S neustálým vývojem elektrických zařízení však tradiční lithium-iontové baterie nebyly schopny uspokojit rostoucí poptávku po energii. Na tomto pozadí přitahují lithium-sírové baterie širokou pozornost díky své vysoké teoretické specifické kapacitě (1675 mAh·g-1) a hustotě energie (2600 Wh∙kg-1). Současně jsou zdroje síry bohaté, široce distribuované, levné a šetrné k životnímu prostředí, díky čemuž jsou lithium-sírové baterie v posledních letech aktivním bodem výzkumu v oblasti nových sekundárních baterií [5,6].

1 Princip činnosti a stávající problémy lithium-sírových baterií

Lithium-sírové baterie obvykle používají elementární síru jako kladnou elektrodu a kovové lithium jako zápornou elektrodu. Základní struktura baterie je znázorněna na obrázku 1(a). Elektrochemická reakce je vícestupňový konverzní reakční proces zahrnující mnohonásobné přenosy elektronů, doprovázené fázovým přechodem pevná látka-kapalina a řadou meziproduktů lithium polysulfid (obrázek 1(b)) [7,8]. Mezi nimi elementární síra a Li2S2/Li2S s krátkým řetězcem umístěné na obou koncích reakčního řetězce jsou nerozpustné v elektrolytu a existují ve formě precipitace na povrchu elektrody. Polysulfid lithný s dlouhým řetězcem (Li2Sx, 4 Menší nebo rovno x Menší nebo rovno 8) má vyšší rozpustnost a migrační schopnost v elektrolytu. Na základě vnitřních vlastností materiálů elektrod a jejich reakčního mechanismu transformace fáze pevná látka-kapalina mají lithium-sírové baterie energetické a nákladové výhody, ale také čelí mnoha problémům a výzvám [9,10,11,12]:

Obr. 1 Schematický diagram (a) konfigurace lithium-sírové baterie a (b) odpovídajícího procesu nabíjení-vybíjení[7]

1) Elementární síra a Li2S v pevné fázi se hromadí na povrchu elektrody a jejich vlastní elektronová a iontová setrvačnost vede k potížím s přenosem náboje a pomalé reakční kinetice, čímž se snižuje míra využití aktivních materiálů a skutečná kapacita baterie.

2) Na obou koncích reakčního řetězce je velký rozdíl v hustotě mezi sírou a Li2S (2,07 vs 1,66 g∙cm-3). Materiál zaznamená během reakčního procesu objemovou změnu až o 80 % a mechanická strukturální stabilita elektrody čelí obrovským problémům.

3) Chování při rozpouštění a migraci polysulfidu lithného v elektrolytu způsobuje závažný „efekt kyvadlové dopravy“, což má za následek vážné ztráty aktivního materiálu a ztráty Coulomb. Kromě toho se polysulfid lithný účastní chemických/elektrochemických vedlejších reakcí na povrchu anody, což nejen způsobuje další ztráty aktivních materiálů, ale také pasivuje a koroduje povrch anody, zhoršuje tvorbu a růst dendritů lithia a zvyšuje bezpečnostní rizika.

Tyto problémy spolu souvisejí a vzájemně se ovlivňují, což značně zvyšuje složitost bateriového systému, což ztěžuje současným lithium-sírovým bateriím uspokojit potřeby praktických aplikací, pokud jde o využití aktivního materiálu, skutečnou hustotu energie, stabilitu cyklu a bezpečnost. . Z analýzy výše uvedených problémů lze vidět, že rozumná kontrola procesu elektrochemické reakce síry je jediným způsobem, jak zlepšit výkon lithium-sírových baterií. Jak dosáhnout efektivního řízení a zlepšování elektrochemie síry závisí na cíleném návrhu, vývoji a aplikaci pokročilých funkčních materiálů. Mezi nimi je nejreprezentativnější strategií vývoj funkčních materiálů s vodivými, adsorpčními a katalytickými vlastnostmi, jako jsou sirné katodové hostitele nebo modifikované separátory. Prostřednictvím své fyzikální a chemické interakce s polysulfidem lithným je aktivní materiál omezen na oblast kladné elektrody, což inhibuje rozpouštění a difúzi a podporuje jeho elektrochemickou konverzi. Tím se zmírní kyvadlový efekt a zlepší se energetická účinnost a stabilita cyklu baterie [13,14]. Na základě této myšlenky výzkumníci cíleně vyvinuli různé typy funkčních materiálů, včetně uhlíkových materiálů, vodivých polymerů, kovových organických struktur, oxidů/sulfidů/nitridů kovů atd. Bylo dosaženo dobrých výsledků [15,16,17, 18,19].

2 Aplikace materiálů na bázi boru v lithium-sírových bateriích

Bór je nejmenší metaloidní prvek. Jeho malý atomový poloměr a velká elektronegativita usnadňují tvorbu kovových kovalentních sloučenin. Atomy boru mají typickou elektronově deficitní strukturu a jejich valenční elektronová konfigurace je 2s22p1. Mohou sdílet jeden nebo více elektronů s jinými atomy prostřednictvím různých hybridizačních forem za vzniku multicentrických vazeb [20,21]. Díky těmto charakteristikám je boridová struktura vysoce laditelná, vykazuje jedinečné a bohaté chemické a fyzikální vlastnosti a může být široce používána v mnoha oblastech, jako je lehký průmysl, stavební materiály, národní obrana, energetika atd. [22,23]. Pro srovnání, výzkum materiálů na bázi boru v lithium-sírových bateriích je stále v plenkách. V posledních letech se nanotechnologie a charakterizační metody neustále rozvíjejí a neustále se zkoumají a vyvíjejí strukturní charakteristiky materiálů na bázi boru, takže se také začíná objevovat jejich cílený výzkum a aplikace v systémech lithium-síra. S ohledem na to se tento článek zaměřuje na typické materiály na bázi boru, jako je borofen, atomy boru dopovaný uhlík, boridy kovů a boridy nekovů. Tento článek shrnuje nejnovější pokrok ve výzkumu lithium-sírových baterií, shrnuje stávající problémy a těší se na budoucí směry vývoje.

2.1 Borene

Jako velmi reprezentativní allotrop mezi prvky boru má borofen dvourozměrnou strukturu o tloušťce jednoho atomu podobnou grafenu. Ve srovnání s objemovým prvkem bóru vykazuje vynikající elektrické, mechanické a tepelné vlastnosti a je vycházející hvězdou ve dvourozměrných materiálech [24]. Na základě topologických rozdílů v uspořádání atomů boru má borofen bohaté krystalové struktury a elektronické vlastnosti, stejně jako anizotropní vodivé vlastnosti. Jak je vidět z obrázku 2(a,b), elektrony v borofenu mají tendenci být koncentrovány na vrcholu atomů boru a tyto oblasti polarizace elektronů mají vyšší vazebnou aktivitu. Očekává se, že poskytne dobrá chemická adsorpční místa pro polysulfidy v systémech lithium-sírových baterií [25]. Borofenový film má zároveň dobrou elektrickou vodivost a fyzikální a chemickou stabilitu, takže má dobrý aplikační potenciál v lithium-sírových bateriích.

Obr. 2 (a) Strukturní modely různých borofenů a jejich odpovídající distribuce hustoty náboje, (b) adsorpční energie polysulfidů na různých borofenech[25]

Jiang a kol. [26] pomocí teoretických výpočtů zjistili, že borofen vykazuje silnou adsorpční kapacitu pro polysulfid lithný. Tato silná interakce však může také snadno spustit rozklad Li-S klastrů, což má za následek ztrátu síry, aktivního materiálu. Ve srovnání s tím povrch borofenu se strukturou vnitřního defektu adsorbuje polysulfid lithný jemněji [27], což mu umožňuje omezit chování raketoplánu a zároveň se vyhnout rozkladu a destrukci kruhové struktury. Očekává se, že se stane vhodnějším adsorpčním materiálem na bázi polysulfidu lithného. Současně výsledky analýzy energetického pásma adsorpční struktury borofen-lithium polysulfid ukazují, že adsorpční klastry jsou kovové, což je způsobeno především vnitřními kovovými vlastnostmi boru a jeho silnou elektroakustickou vazebnou silou. Očekává se, že napomůže procesu elektrochemické konverze síry k získání lepší kinetiky reakce [28]. Kromě toho Grixti a kol. [29] simulovali proces difúze molekul polysulfidu lithného na povrchu 12-borenu. Bylo zjištěno, že 12-boren vykazoval silnou adsorpci na řadu polysulfidů lithných. Nejnižší difúzní energetické bariéry molekul Li2S6 a Li2S4 ve směru křesla jsou 0,99 a 0,61 eV, v tomto pořadí, což je snazší než difúze ve směru cik-cak. Díky své dobré adsorpční kapacitě a mírné difúzní energetické bariéře je 12-boren považován za vynikající adsorpční materiál na bázi polysulfidu lithia, u kterého se očekává, že potlačí kyvadlový efekt v lithium-sírových bateriích a zlepší reverzibilitu elektrochemických reakcí síry.

Většina současného výzkumu ředění bóru v lithium-sírových bateriích však stále zůstává ve fázi teoretické predikce a experimentální potvrzení jsou hlášena jen zřídka. To je způsobeno především obtížností přípravy borového zředěného. Existence boru byla předpovězena v 90. letech 20. století, ale ve skutečnosti byl připraven až v roce 2015 [30]. Částečným důvodem může být to, že bor má pouze tři valenční elektrony a potřebuje vytvořit rámcovou strukturu pro kompenzaci chybějících elektronů, což usnadňuje vytvoření 3D spíše než 2D struktury. V současnosti se příprava boru obvykle opírá o technologie, jako je epitaxe molekulárního paprsku a vysoké vakuum, vysoká teplota a další podmínky a práh syntézy je vysoký [31]. Proto je nutné vyvinout jednodušší a účinnější metodu syntézy zředěného boru a dále experimentálně zkoumat a demonstrovat její účinek a související mechanismy v lithium-sírových bateriích.

2.2 Atomy boru dopovaný uhlík

Chemicky dopované uhlíkové materiály jsou horké materiály v oblasti nového energetického výzkumu. Vhodné dopování prvků může zachovat výhody uhlíkových materiálů, jako je lehkost a vysoká vodivost, a zároveň jim poskytnout další fyzikální a chemické vlastnosti pro přizpůsobení různým aplikačním scénářům [32,33]. Chemicky dopované uhlíkové materiály byly široce studovány v lithium-sírových bateriích [34,35], mezi nimiž je běžnější dopování vysoce elektronegativními atomy, jako jsou atomy dusíku. Naproti tomu bor má strukturu s nedostatkem elektronů a je méně elektronegativní než uhlík. Po zabudování do uhlíkové mřížky se stává elektropozitivní. Očekává se, že vytvoří dobrý adsorpční účinek na záporně nabité polysulfidové anionty, čímž se zmírní kyvadlový efekt [36,37].

Yang a kol. [38] použili borem dopovaný porézní uhlík jako hostitelský materiál sírové katody a zjistili, že dopování borem nejen zlepšilo elektronovou vodivost uhlíkového materiálu, ale také vyvolalo pozitivní polarizaci uhlíkové matrice. Záporně nabité polysulfidové ionty jsou účinně adsorbovány a ukotveny prostřednictvím elektrostatické adsorpce a Lewisovy interakce, čímž se inhibuje jejich rozpouštění a difúze (obrázek 3(a, b)). Sirná katoda na bázi porézního uhlíku dotovaného borem proto vykazuje vyšší počáteční kapacitu a stabilnější cyklovací výkon než vzorky s čistým uhlíkem a dusíkem. Xu a kol. [39] získali katodový kompozitní materiál uhlíkové nanotrubice/síry dopovaný atomem boru (BUCNTs/S) hydrotermální metodou v jedné nádobě. Syntéza in-situ v kapalné fázi umožňuje rovnoměrnější distribuci síry v kompozitu, zatímco dopování borem poskytuje hostitelskému materiálu na bázi uhlíku vyšší elektrickou vodivost a silnější schopnost vázat síru. Výsledná elektroda BUCNTs/S získala počáteční kapacitu 1251 mAh∙g-1 při 0,2C a po 400 cyklech si stále udržela kapacitu 750 mAh∙g-1. Kromě sirných katodových hostitelů hrají důležitou roli v konstrukci bateriových funkčních separátorů také uhlíkové materiály dopované borem. Han a kol. [40] potáhli lehkým borem dopovaným grafenem na tradičním separátoru za účelem vytvoření funkční modifikační vrstvy s využitím její adsorpce a opětovného použití polysulfidů k ​​účinnému zmírnění kyvadlového efektu a zlepšení míry využití aktivních materiálů.

Obr. 3 (a) Schéma B-dopovaného uhlíkového hlavního řetězce, (b) S2p XPS spektra sirných kompozitů na bázi různého elementem dopovaného porézního uhlíku; a (c) schéma procesu nabíjení-vybíjení kompozitu NBCGN/S, (d) cyklování při 0.2C a (e) rychlostní výkony sirných elektrod na základě různých prvků dopovaných zakřivených grafenových nanorbonů[44]

S ohledem na základní vlastnosti různých dopingových prvků a jejich různé způsoby působení ve struktuře uhlíkové mřížky je víceprvkové kodopování jednou z důležitých strategií pro regulaci povrchové chemie uhlíkových materiálů a zlepšení elektrochemických reakcí síry [41, 42, 43]. V tomto ohledu Kuangova výzkumná skupina [44] poprvé syntetizovala dusíkem a bórem kodopované grafenové nanoribbony (NBCGN) pomocí hydrotermální metody jako hostitelského materiálu pro sirnou katodu, jak je znázorněno na obrázku 3(c). Studie zjistila, že synergický účinek dopingu dusíku a boru nejen indukuje NBCGN k získání větší specifické plochy povrchu, objemu pórů a vyšší vodivosti, ale také pomáhá rovnoměrně distribuovat síru v katodě. Ještě důležitější je, že bór a dusík působí jako elektronově deficitní a na elektrony bohatá centra v kodopovaném systému. Může být vázán s Sx2- a Li+ prostřednictvím Lewisových interakcí, čímž adsorbuje polysulfid lithný efektivněji a výrazně zlepšuje cyklus a rychlost výkonu baterie (obrázek 3(d, e)). Na základě podobných dopingových strategií prvků s vysokou a nízkou elektronegativitou. Jin a kol. [45] připravili hostitelské materiály z vícestěnných uhlíkových nanotrubic kodopovaných bórem a kyslíkem za použití kyseliny borité jako dopantu. Výsledná baterie si i po 100 cyklech stále zachovává specifickou kapacitu 937 mAh∙g-1, což je výrazně lepší výkon než u běžných uhlíkových trubic (428 mAh∙g-1). Kromě toho vědci vyzkoušeli i jiné formy kodopingu. Včetně borosilikátem ko-dopovaného grafenu [46], kobaltu kobaltového kovu a bórového dusíku kodopovaného grafenu [47] atd. účinně zlepšily výkon baterie. Synergický efekt ko-dopovaných složek hraje zásadní roli ve zlepšení elektrochemické reakce síry.

Dopování prvků bóru může účinně zlepšit vnitřní vodivost a povrchovou chemickou polaritu uhlíkových materiálů, posílit chemickou adsorpci a inhibovat kyvadlové chování polysulfidu lithného, ​​čímž se zlepší kinetika a stabilita elektrochemických reakcí síry a zlepší se výkon baterie. Navzdory tomu stále existuje mnoho problémů ve výzkumu borem dopovaných uhlíkových materiálů v lithium-sírových bateriích, které je třeba dále prozkoumat a analyzovat. Například vliv množství a konfigurace dotování borem na vodivost, distribuci povrchového náboje a adsorpční chování polysulfidu lithného uhlíkových materiálů. Jak získat uhlíkové materiály s vysokou úrovní dopování bórem a jak přesně řídit konfiguraci dopingu, to vše závisí na vývoji pokročilých metod a technologií přípravy. Navíc pro víceprvkové kodopované systémy je ještě třeba dále zkoumat vhodnější kombinace dotovacích prvků. Stanovte systematický vztah mezi strukturou a aktivitou, aby se objasnil mechanismus synergického účinku kodopované struktury a jeho dopad na způsob a intenzitu interakcí hostitel-host v elektrochemii síry.

2.3 Boridy kovů

Kovové sloučeniny byly vždy aktivním bodem výzkumu funkčních materiálů v lithium-sirných bateriích díky jejich vnitřní chemické polaritě a dobré morfologické a strukturální plasticitě. Liší se od běžných oxidů kovů, sulfidů, nitridů a dalších iontových sloučenin. Kovové boridy jsou obvykle složeny z boru a kovových prvků na bázi kovalentních vazeb a jejich plněná struktura dědí část metalicity. Vykazuje mnohem vyšší vodivost než jiné kovové sloučeniny (obrázek 4) [48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56] a může poskytnout rychlou dodávku elektronů pro elektrochemické reakce [57]. Současně existuje lokální omezená polární struktura iontové vazby mezi kovem a borem, která může poskytnout dobrá adsorpční místa pro polysulfidy [58,59]. Stabilita vysoce elektronegativního boru je navíc po legování přechodnými kovy oslabena a snáze se účastní redoxních reakcí. To umožňuje, aby se boridy kovů účastnily elektrochemických reakcí lithium-síra prostřednictvím povrchových reakcí jako mediátoru [60].

Obr. 4 Porovnání vodivosti s několika kategoriemi sloučenin kovů[48,49,50,51,52,53,54,55,56]

Guan a kol. [61] připravili hostitelský materiál pro sirné katody nanesením amorfních nanočástic Co2B na grafen pomocí metody redukce v kapalné fázi. Studie zjistily, že jak bor, tak kobalt mohou sloužit jako adsorpční místa k chemickému ukotvení polysulfidu lithného, ​​čímž se inhibuje jeho rozpouštění a migrace. Ve spojení s vynikající vodivostí grafenu na dlouhé vzdálenosti má baterie stále specifickou kapacitu vybíjení 758 mAh·g-1 po 450 cyklech rychlostí 1C a rychlost poklesu kapacity na cyklus je { {26}},029 %, vykazující vynikající výkon cyklu. Na základě podobného synergického adsorpčního efektu má kompozitní materiál Co2B@CNT, používaný jako funkční separátor pro lithium-sírové baterie, adsorpční kapacitu Li2S6 až 11,67 mg∙m-2 [62], která může účinně blokují difúzi a pronikání polysulfidů a dosahují účelu inhibice kyvadlového efektu. Na tomto základě Guan a kol. [63] dále použili dvourozměrný karbid kovu (MXene) jako nosič pro přípravu kompozitního materiálu s heteropřechodem Co2B@MXene (obrázek 5(a~d)). Prostřednictvím teoretických výpočtů bylo zjištěno, že elektronická interakce na heterojunkčním rozhraní vede k přenosu elektronů z Co2B na MXene. Tento efekt zlepšuje adsorpci a katalytickou schopnost Co2B pro polysulfidy (obrázek 5(a, b)). Proto je rychlost slábnutí kapacity baterie na základě funkčně modifikovaného separátoru Co2B@MXene během 2000 cyklů pouze 0,0088 % na cyklus. A při zatížení sírou 5,1 mg∙cm-2 je specifická kapacita stále vysoká až 5,2 mAh∙cm-2 (obrázek 5(c, d)). Je třeba poznamenat, že ve srovnání se strukturami krystalické fáze je tento typ amorfních fázových kovových boridových materiálů šetrnější a jednodušší při přípravě materiálu. Regulovatelnost a stabilita jeho atomové a molekulární struktury jsou však relativně špatné, což představuje velkou překážku pro objasnění jeho složek a mikrostruktury a pro zkoumání mechanismu jeho vlivu na proces elektrochemické reakce síry.

Obr. 5 (a) konfigurace adsorpce Li2S4 na površích Co2B a Co2B@MXene, (b) schéma redistribuce elektronů na rozhraních mezi Co2B a MXene, (c) cyklické výkony článků na bázi Co2B@MXene a dalších separátorů, ( d) dlouhodobý cyklický výkon článku Co2B@MXene[63]; (e) schematické znázornění povrchově-chemického zachycení polysulfidů na TiB2, (f) adsorpční konfigurace a (g) energie druhů síry na (001) a (111) površích TiB2, (h) výkon při vysokém zatížení a (i ) dlouhodobé cyklování sírové elektrody na bázi TiB2-[63,65]

TiB2 je klasický kovový borid s vynikající elektrickou vodivostí (~106 S∙cm-1) a je široce používán v oblastech, jako je vodivá keramika, přesné obrábění a elektrochemická zařízení. TiB2 má typickou hexagonální strukturu a má vysokou tvrdost a strukturální elasticitu, což pomáhá přizpůsobit se objemové změně reakce síry. Současně se očekává, že velké množství nenasycených struktur na jeho povrchu vytvoří silnou mezifázovou chemickou interakci s polysulfidem lithným [64], čímž se dosáhne dobrých adsorpčních a zadržovacích efektů. Li a kol. [65] poprvé uvedli, že TiB2 byl použit jako hostitelský materiál pro sirné katody. Jak je znázorněno na obrázku 5(např.), během procesu tepelného slučování s S je povrch TiB2 částečně sířen. Polysulfid lithný produkovaný během reakce je účinně adsorbován prostřednictvím van der Waalsových sil a Lewisových acidobazických interakcí a účinek tohoto mechanismu je významnější na povrchu (001). Získaná sirná katoda získala stabilní cyklus 500 cyklů při rychlosti 1C a zároveň si měrná kapacita po 100 cyklech stále udržela 3,3 mAh∙cm-2 při zatížení sírou 3,9 mg∙cm{19 }}. vykazovaly dobrý elektrochemický výkon (obrázek 5(h, i)). Na základě výsledků analýzy XPS a teoretických výpočtů by měl být vynikající adsorpční účinek TiB2 na polysulfid lithný přisuzován jeho povrchovému „pasivačnímu“ mechanismu. Kromě toho výzkumná skupina Lu [66] porovnávala adsorpční účinky TiB2, TiC a TiO2 na polysulfid lithný a zkoumala konkurenční mechanismus mezi odpovídající chemickou adsorpcí a solvatační desorpcí. Výsledky ukazují, že bor s nižší elektronegativitou způsobuje, že TiB2 má silnější adsorpční kapacitu a v kombinaci s etherovým elektrolytem se slabou solvatační kapacitou může účinně zlepšit využití síry a zvýšit reverzibilitu elektrochemických reakcí. S ohledem na to byl TiB2 také použit ke konstrukci multifunkčních separátorů [67], které účinně adsorbují, ukotvují a znovu využívají aktivní materiály, což výrazně zlepšuje stabilitu cyklu baterie. Kapacita může udržet 85 % počáteční hodnoty po 300 cyklech při 0,5C.

Podobně jako TiB2 má MoB dobrou vodivost a jeho vnitřní dvourozměrná struktura vede k úplnému odhalení adsorpčních míst a očekává se, že se stane dobrým sirným katodovým katalyzátorem [68]. Výzkumná skupina Manthiram na Texaské univerzitě v Austinu [69] použila Sn jako redukční činidlo a syntetizovala nanočástice MoB metodou v pevné fázi, která prokázala dobré adsorpční a katalytické schopnosti pro polysulfid lithný. MoB má vysokou elektronickou vodivost (1,7×105 S∙m-1), která může poskytnout rychlou dodávku elektronů pro reakce síry; zároveň hydrofilní povrchové vlastnosti MoB napomáhají smáčení elektrolytů a napomáhají rychlému transportu iontů lithia. To zajišťuje využití aktivních materiálů za podmínek chudého elektrolytu; navíc nanorozměrný MoB může plně odhalit katalytická aktivní místa indukovaná atomy boru s nedostatkem elektronů, což umožňuje materiálu mít vynikající vnitřní i zdánlivou katalytickou aktivitu. Na základě těchto výhod, i když je MoB přidán v malém množství, může výrazně zlepšit elektrochemický výkon a ukázat značnou praktičnost. Výsledná baterie má útlum kapacity pouze 0,03 % na cyklus po 1,{13}} cyklu při rychlosti 1C. A při obsahu síry 3,5 mg∙cm-2 a poměru elektrolyt/síra (E/S) 4,5 ml∙g-1 bylo dosaženo vynikajícího výkonu cyklu baterie měkkého obalu. Kromě toho výzkumná skupina Nazar [70] používala lehký MgB2 jako elektrochemické konverzní médium pro polysulfid lithný. Bylo zjištěno, že B i Mg mohou sloužit jako adsorpční místa pro polysulfidové anionty, posílit přenos elektronů a dosáhnout lepší stability cyklu při vysokém zatížení sírou (9,3 mg∙cm-2).

Tyto práce plně ilustrují účinnost a přednost boridů kovů při zlepšování elektrochemických reakcí síry. Ve srovnání se systémy, jako jsou oxidy kovů a sulfidy, je však stále relativně málo výzkumných zpráv o boridech kovů v lithium-sírových bateriích a výzkum materiálů a souvisejících mechanismů je také třeba rozšířit a prohloubit. Kromě toho mají krystalické kovové boridy obvykle vysokou strukturální pevnost a proces přípravy vyžaduje překonání vysokých energetických bariér a použití vysoké teploty, vysokého tlaku a dalších drsných podmínek, což omezuje jejich výzkum a použití. Proto je vývoj jednoduchých, mírných a účinných metod syntézy boridů kovů také důležitým směrem ve výzkumu boridů kovů.

2.4 Nekovové boridy

Ve srovnání s kovovými boridy jsou nekovové boridy obvykle méně husté a lehčí, což je výhodné pro vývoj baterií s vysokou energetickou hustotou; jejich nižší vodivost však vytváří odolnost vůči účinnosti a kinetice elektrochemických reakcí síry. V současné době vědci učinili určitý pokrok v konstrukci materiálů fixujících síru pro lithium-sírové baterie na bázi nekovových boridů včetně nitridu boru, karbidu boru, fosfidu boru a sulfidu boru [71, 72, 73].

Nitrid boru (BN) a karbid boru (BC) jsou dva nejreprezentativnější a široce studované nekovové boridy. BN se skládá z atomů dusíku a atomů boru střídavě spojených a zahrnuje hlavně čtyři krystalové formy: hexagonální, trigonální, kubický a leurit [74]. Mezi nimi hexagonální nitrid boru (h-BN) vykazuje vlastnosti, jako je široká bandgap, vysoká tepelná vodivost a dobrá tepelná a chemická stabilita díky své dvourozměrné struktuře podobné grafitu a lokalizovaným elektronovým polarizačním charakteristikám [75,76]. Struktura BN má zjevné polární charakteristiky a má silnou chemickou adsorpční kapacitu pro polysulfid lithný. Současně mohou být povrchové chemické charakteristiky řízeny dopováním prvků a konstrukcí topologických defektů, aby byla zajištěna stabilita polysulfidové molekulární struktury při současném zlepšení její adsorpční síly [77]. Na základě této myšlenky Yi a kol. [78] popsali na dusík chudý nitrid boru v několika vrstvách (v-BN) jako hostitelský materiál pro sirné katody (obrázek 6(a)). Studie zjistily, že elektropozitivní volná místa ve v-BN nejen pomáhají fixovat a transformovat polysulfidy, ale také urychlují difúzi a migraci iontů lithia. Ve srovnání s původním BN má katoda na bázi v-BN vyšší počáteční kapacitu při 0.1C (1262 vs 775 mAh∙g-1) a rychlost poklesu kapacity po 5{{24} }0 cyklů při 1C je pouze 0,084 % na cyklus. Prokazuje dobrou jízdní stabilitu. Navíc He a spol. [79] zjistili, že O doping může dále zlepšit chemickou polaritu povrchu BN, přimět materiál k vytvoření většího specifického povrchu a současně zlepšit vnitřní a zdánlivé adsorpční vlastnosti.

Obr. 6 (a) TEM snímek a schematická atomová struktura v-BN[78]; (b) Schéma kompozitního iontového síta g-C3N4/BN/grafen a (c) odpovídající výkonnost při cyklování článků Li-S[80]; (d) Schematický a optický obraz BN/Celgard/uhlíkového třívrstvého separátoru a (e) odpovídající výkonnost buněčného cyklu[83]; (f) Schéma a (g) SEM snímek B4C@CNF a model B4C nanodrátu, (h) Li2S4 adsorpční energie na různých aspektech B4C[87]

Přestože materiál BN má dobré chemické adsorpční vlastnosti, jeho vlastní špatná vodivost nevede k reaktivnímu přenosu náboje. Proto je návrh kompozitních struktur s vodivými materiály důležitým způsobem, jak dále zlepšit jejich komplexní adsorpční a katalytický výkon. Vzhledem k tomu Deng a kol. [80] navrhl kompozitní iontové síto na bázi nitridu uhlíku podobného grafitu (g-C3N4), BN a grafenu jako multifunkční mezivrstvu pro lithium-sírové baterie (obrázek 6(b)). Mezi nimi uspořádané iontové kanály o velikosti 0.3 nm ve struktuře g-C3N4 mohou účinně blokovat polysulfidy a umožnit průchod iontů lithia. BN slouží jako reakční katalyzátor pro podporu přeměny polysulfidů a grafen slouží jako vestavěný sběrač proudu pro zajištění vynikající vodivosti na dlouhé vzdálenosti. . Díky synergickému efektu těchto tří dvourozměrných složek může výsledná baterie stabilně cyklovat více než 500 cyklů při vysokém zatížení sírou 6 mg∙cm-2 a rychlosti 1C (Obrázek 6(c)). Kromě toho se výzkumníci pokusili nanést tenkou vrstvu kompozitního filmu BN nanosheet/grafen na povrch katody jako ochrannou vrstvu v jednodušší a přímější formě [81,82]. Účinně inhibuje rozpouštění a difúzi polysulfidu lithného a výrazně zlepšuje specifickou kapacitu a stabilitu cyklu sírové katody. Během 1000 cyklů při 3C je míra útlumu kapacity pouze 0,0037 % na cyklus. Je zajímavé, že výzkumná skupina Ungyu Paik na Hanyang University [83] přijala další kombinaci nápadů na konstrukci multifunkčního separátoru se sendvičovou strukturou BN/Celgard/uhlík. Jak je znázorněno na obrázku 6(d), uhlíková vrstva a vrstva BN jsou příslušně potaženy na kladné a záporné elektrodové straně běžného separátoru. Mezi nimi uhlíková vrstva a vrstva BN mohou společně blokovat kyvadlovou dopravu polysulfidu lithného a omezit jeho difúzi na povrch záporné elektrody. Současně vrstva BN na straně záporné elektrody také omezuje růst lithiových dendritů. Díky tomuto mechanismu kooperativní ochrany má baterie vysokou míru zachování kapacity (76,6 %) a specifickou kapacitu (780,7 mAh∙g-1) po 250 cyklech při 0,5C. Výrazně lepší než běžné separátory a separátory modifikované čistým uhlíkem (obrázek 6(e)).

Ve srovnání s N má C nižší elektronegativitu, takže rozdíl v elektronegativitě mezi B a C je malý, což má za následek slabší chemickou polaritu struktury BC ve srovnání s NC. Zároveň je však zlepšena delokalizace elektronů ve struktuře BC a lepší vodivost [84,85]. Proto BC obecně vykazuje relativně komplementární fyzikální a chemické vlastnosti k BN. Má nízkou hustotu, relativně dobrou vodivost a dobré katalytické vlastnosti a má slibné vyhlídky uplatnění v energetické oblasti [86]. Luo a kol. [87] pěstovali nanodrátky karbidu boru (B4C@CNF) in situ na uhlíkových vláknech jako hostitelském materiálu katody (obrázek 6(f~h)). Mezi nimi B4C účinně adsorbuje a omezuje polysulfidy prostřednictvím BS vazby. Zároveň jeho vodivá síť z uhlíkových vláken napomáhá rychlé přeměně adsorbované síry a zlepšuje reakční kinetiku. Získaná sirná katoda má retenci kapacity 80% po 500 cyklech a může dosáhnout stabilního cyklování při vysokém obsahu síry (hmotnostní zlomek 70%) a kapacitě zatížení (10,3 mg∙cm{ {16}}). Song a kol. [88] zkonstruovali super-uzavřenou strukturu hostitele síry kolem B4C. Struktura využívá aktivovaný uhlík z porézní bavlněné tkaniny jako flexibilní matrici, nanovlákna B4C jako aktivní kostru a redukovaný oxid grafenu pro další povlak. Účinně kombinuje fyzikální a chemické omezení, zmírňuje ztráty aktivních látek a dosahuje vynikající stability cyklu. Vzhledem k dobrým adsorpčním a katalytickým vlastnostem B4C výzkumná skupina Zhao [89] rovnoměrně distribuovala nanočástice B4C v tkanině z uhlíkových vláken pomocí in-situ metody katalytického růstu, aby se účinně rozptýlily a exponovaly aktivní místa. Získaná sirná katoda má počáteční kapacitu až 1415 mAh∙g-1 (0,1C) při zatížení 3,0 mg∙cm-2 a ultra dlouhou životnost 3000 cyklů při 1C, což ukazuje dobré vyhlídky na uplatnění.

Z výše uvedeného je patrné, že nekovový borid má dobrý adsorpční a katalytický účinek na polysulfid lithný, ale jeho vodivost je relativně nízká a vodivý nosič je stále zapotřebí k podpoře elektrochemické reakce síry. Mezi nimi rozdíl v elektronové struktuře sousedních atomů N a C způsobuje, že materiály BN a BC mají své vlastní výhody a nevýhody, pokud jde o vodivost a interakci s polysulfidem lithným. Vzhledem k tomu lze tento typ nekovového boridu v kombinaci se sulfidem boritým, fosfidem boritým, oxidem boritým atd. použít jako dobrý nosič a platformu pro studium vztahu mezi strukturou a aktivitou mezi lokální chemickou polární strukturou a adsorpčním katalyzátorem. schopnost. Očekává se, že další systematická korelace a analýza pomůže pochopit příslušné mikroskopické reakční procesy, regulovat jemnou strukturu materiálů a zlepšit elektrochemický výkon baterií. Kromě toho další aplikace a vývoj nekovových boridů v lithium-sírových bateriích musí stále spoléhat na zlepšení a optimalizaci jejich přípravy. Vyvíjet jednoduché a mírné technologie přípravy a zároveň vyvíjet materiálové struktury s vyšší vnitřní vodivostí a navrhovat účinnější kompozitní materiály, aby vyvážily a zohlednily vodivost, adsorpci a katalytické účinky.

3 Závěr

Stručně řečeno, lithium-sírové baterie mají vysokou teoretickou hustotu energie díky jejich multielektronovým přenosovým reakcím. Jejich konverzní reakční mechanismus a vlastní slabá vodivost aktivních materiálů však brání realizaci výhod. Materiály na bázi boru mají jedinečné fyzikální a chemické vlastnosti a elektrochemické vlastnosti. Jejich cílený design a racionální aplikace jsou účinnými způsoby, jak zmírnit kyvadlový efekt lithium-sírových baterií a zlepšit reakční kinetiku a reverzibilitu. V posledních letech se rychle rozvíjely. Výzkum a aplikace materiálů na bázi boru v lithium-sírových bateriích je však stále v plenkách a návrh struktury materiálu a jeho mechanismus působení na proces elektrochemické reakce baterie je třeba dále rozvíjet a zkoumat. Kombinací materiálových charakteristik a výše uvedeného pokroku ve výzkumu se autor domnívá, že budoucí vývoj materiálů na bázi boru v lithium-sírových bateriích by měl věnovat větší pozornost následujícím směrům:

1) Materiálová syntéza. Syntetická příprava je častým problémem, kterému čelí výše uvedené materiály na bázi boru. Existuje naléhavá potřeba vyvinout jednodušší, mírnější a účinnější metody přípravy materiálů, které by poskytly materiálový základ pro výzkum mechanismů a propagaci aplikací. Mezi nimi je slibným směrem vývoje příprava amorfních boridů kovů metodou redukce v kapalné fázi. Současně, čerpání z jeho výhod a zkušeností, zkoumání a vývoj syntetických cest založených na solvotermálních metodách nebo metodách roztavených solí může také poskytnout nové nápady pro přípravu materiálů na bázi boru. Kromě toho je během procesu přípravy boridu třeba věnovat zvláštní pozornost kontrole a návrhu nanostruktury a její stabilitě, aby byly splněny potřeby reakčních charakteristik na rozhraní lithium-sírových baterií.

2) Průzkum mechanismu. Materiály na bázi boru mají jedinečné a bohaté povrchové chemické vlastnosti. K dalšímu studiu interakcí mezi hostitelem a hostem mezi materiály na bázi boru a polysulfidy by měly být použity metody charakterizace in situ. Zvláštní pozornost by měla být věnována povrchové nevratné sulfataci, samoelektrochemické oxidaci a redukci atd., aby byly odhaleny rozhodující strukturální faktory jeho adsorpčních a katalytických schopností a poskytly teoretické návody a podklady pro cílený návrh a vývoj materiálů. Kromě toho je u reprezentativních amorfních boridů kovů nutné věnovat zvláštní pozornost rozdílům v mikrostruktuře a souvisejících fyzikálních a chemických vlastnostech mezi amorfními a krystalickými boridy a spolupracovat na vývoji odpovídajících strukturních analýz a technologií analýzy charakterizace vlastností. Vyvarujte se odvozování interakce mezi amorfními materiály, polysulfidem lithným a jeho reakčním procesem pouze na základě krystalické struktury.

3) Hodnocení výkonu. Pro optimalizaci systému hodnocení materiálu a baterie při současném zvýšení povrchového zatížení sírou by měla být věnována větší pozornost regulaci klíčových parametrů, jako je tloušťka a poréznost elektrody, aby se současně zlepšila kvalita a objemová hustota energie elektrody. Navíc elektrochemické vlastnosti za podmínek nízké dávky elektrolytu (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.

Stručně řečeno, tento článek se zaměřuje na materiály na bázi boru a shrnuje nejnovější výzkumný pokrok borofenu, uhlíku dopovaného atomem boru, boridů kovů a boridů nekovů v systémech lithium-sírových baterií. Doufám, že může poskytnout reference a inspiraci kolegům, rozšířit vývoj a aplikaci materiálů na bázi boru v oblasti nové energetiky a podpořit praktický vývoj lithium-sírových baterií.

Reference

[1] DUNN B, KAMATH H, TARASCON J M. Skladování elektrické energie pro síť: baterie možností. Science, 2011, 334(6058):928-935.

[2] ARICO AS, BRUCE P, SCROSATI B a kol. Nanostrukturní materiály pro pokročilá zařízení pro přeměnu a uchovávání energie. Nature Materials, 2005, 4(5):366-377.

[3] LIANG YR, ZHAO CZ, YUAN H a kol. Recenze dobíjecích baterií pro přenosná elektronická zařízení. InfoMat, 2019, 1(1):6-32.

[4] GOODENOUGH JB, PARK K S. Li-ion dobíjecí baterie: perspektiva. Journal of the American Chemical Society, 2013, 135(4):1167-1176.

[5] TARASCON JM, ARMAND M. Problémy a výzvy, kterým čelí dobíjecí lithiové baterie. Příroda, 2011, 414:171-179.

[6] JIN GY, HE HC, WU J, et al. Kobaltem dopovaný dutý uhlíkový rám jako hostitel síry pro katodu lithiové sirné baterie. Journal of Anorganic Materials, 2021, 36(2):203-209.

[7] FANG R, ZHAO SY, SUN ZH a kol. Spolehlivější lithium-sírové baterie: stav, řešení a vyhlídky. Advanced Materials, 2017, 29(48):1606823.

[8] HU JJ, LI GR, GAO X P. Současný stav, problémy a výzvy v lithium-sírových bateriích. Journal of Anorganic Materials, 2013, 28(11):1181-1186.

[9] LI GR, WANG S, ZHANG YN a kol. Přehodnocení role polysulfidů v lithium-sírových bateriích. Pokročilé materiály, 2018, 30 (22): 1705590.

[10] PENG HJ, HUANG JQ, ZHANG Q. Přehled flexibilních lithium-sírových a analogických alkalických kov-chalkogenových dobíjecích baterií. Chemical Society Reviews, 2017, 46(17):5237-5288.

[11] JANA M, XU R, CHENG XB a kol. Racionální návrh dvourozměrných nanomateriálů pro lithium-sírové baterie. Energy & Environmental Science, 2020, 13(4):1049-1075.

[12] HE JR, MANTHIRAM A. Přehled o stavu a výzvách elektrokatalyzátorů v lithium-sírových bateriích. Energy Storage Materials, 2019, 20:55-70.

[13] SEH ZW, SUN YM, ZHANG QF a kol. Navrhování vysokoenergetických lithium-sírových baterií. Chemical Society Reviews, 2016, 45(20):5605-5634.

[14] JI XL, EVERS S, BLACK R, et al. Stabilizace lithium-sirných katod pomocí polysulfidových zásobníků. Nature Communications, 2011, 2:325.

[15] ZHANG Z, KONG LL, LIU S, a kol. Vysoce účinný kompozit síry a uhlíku založený na matrici 3D grafen nanosheet@carbon nanotube jako katoda pro lithium-sírovou baterii. Advanced Energy Materials, 2017, 7(11):1602543.

[16] XU WC, PAN XX, MENG X a kol. Vodivý materiál obsahující síru obsahující ultrajemné nanočástice nitridu vanadu pro vysoce výkonnou lithium-sírovou baterii. Electrochimica Acta, 2020, 331:135287.

[17] LIU YT, LIU S, LI GR, et al. Sirná katoda s vysokou objemovou hustotou energie s těžkým a katalytickým oxidem kovu pro lithium-sírovou baterii. Advanced Science, 2020, 7(12): 1903693.

[18] CHEN HH, XIAO YW, CHEN C, a kol. Vodivý MOF modifikovaný separátor pro zmírnění kyvadlového efektu lithium-sírové baterie pomocí filtrační metody. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11(12):11459-11465.

[19] YOO J, CHO SJ, JUNG GY a kol. COF-net na CNT-net jako molekulárně navržená, hierarchická porézní chemická past pro polysulfidy v lithium-sírových bateriích. Nano Letters, 2016, 16(5):3292-3300.

[20] HU Y, LIU C. Zavedení 1,2-migrace pro organické sloučeniny bóru. Univerzitní chemie, 2019, 34(12):39-44.

[21] SOREN KM, SUNING W. Materiály citlivé na podněty na bázi boru. Recenze Chemical Society, 2019, 48(13):3537-3549.

[22] HUANG ZG, WANG SN, DEWHURST RD, et al. Bór: jeho role v procesech a aplikacích souvisejících s energií. Angewandte Chemie International Edition, 2020, 59(23):8800-8816.

[23] ZHU YH, GAO SM, HOSMANE N S. Pokročilé energetické materiály obohacené borem. Inorganica Chimica Acta, 2017, 471:577-586.

[24]KHAN K, TAREEN AK, ASLAM M, et al. Syntéza, vlastnosti a nové elektrokatalytické aplikace 2D-borofen xenů. Progress in Solid State Chemistry, 2020, 59:100283.

[25] RAO DW, LIU XJ, YANG H a kol. Mezifázová konkurence mezi katodou na bázi borofenu a elektrolytem pro vícenásobnou sulfidovou imobilizaci lithiové sírové baterie. Journal of Materials Chemistry A, 2019, 7(12):7092-7098.

[26] JIANG HR, SHYY W, LIU M a kol. Borofen a defektní borofen jako potenciální kotevní materiály pro lithium-sírové baterie: studie prvních principů. Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6(5):2107-2114.

[27] ZHANG CY, HE Q, CHU W, et al. Borofen-grafenová heterostruktura dopovaná přechodovými kovy pro robustní polysulfidové ukotvení: první základní studie. Applied Surface Science, 2020, 534:147575.

[28] ZHANG L, LIANG P, SHU HB a kol. Borofen jako efektivní hostitelé síry pro lithium-sírové baterie: potlačení kyvadlového efektu a zlepšení vodivosti. Journal of Physical Chemistry C, 2017, 121(29):15549-15555.

[29] GRIXTI S, MUKHERJEE S, SINGH C V. Dvourozměrný bor jako působivý katodový materiál lithium-sírové baterie. Energy Storage Materials, 2018, 13:80-87.

[30] MANNIX AJ, ZHOU XF, KIRALY B, et al. Syntéza borofenů: anizotropní, dvourozměrné polymorfy boru. Science, 2015, 350(6267):1513-1516.

[31] FENG BJ, ZHANG J, ZHONG Q, et al. Experimentální realizace dvourozměrných bórových plechů. Nature Chemistry, 2016, 8(6):564-569.

[32] PARAKNOWITSCH JP, THOMAS A. Dopování uhlíků mimo dusík: přehled pokročilých uhlíků dopovaných heteroatomy borem, sírou a fosforem pro energetické aplikace. Energy & Environmental Science, 2013, 6(10):2839-2855.

[33] WANG HB, MAIYALAGAN T, WANG X. Přehled nedávného pokroku v dusíkem dopovaném grafenu: syntéza, charakterizace a jeho potenciální aplikace. ACS Catalysis, 2012, 2(5):781-794.

[34] XIE Y, MENG Z, CAI TW a kol. Vliv dopování borem na grafenový aerogel použitý jako katoda pro lithium-sírovou baterii. ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7(45):25202-25210.

[35] SHI PC, WANG Y, LIANG X a kol. Současně exfoliované bórem dopované grafenové listy k zapouzdření síry pro aplikace v lithium-sírových bateriích. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2018, 6(8):9661-9670.

[36] YANG LJ, JIANG SJ, ZHAO Y, et al. Bórem dopované uhlíkové nanotrubice jako bezkovové elektrokatalyzátory pro reakci redukce kyslíku. Angewandte Chemie International Edition, 2011, 50(31):7132-7135.

[37] AI W, LI JW, DU ZZ a kol. Dvojité zadržování polysulfidů v borem dopovaném porézním uhlíkovém kouli/grafenovém hybridu pro pokročilé Li-S baterie. Nano Research, 2018, 11(9):4562-4573.

[38] YANG CP, YIN YX, YE H a kol. Pohled do vlivu dopování borem na sirnou/uhlíkovou katodu v lithium-sírových bateriích. ACS Applied Materials & Interfaces, 2014, 6(11):8789-8795.

[39] XU CX, ZHOU HH, FU CP a kol. Hydrotermální syntéza borem dopovaných uhlíkových nanotrubiček/sirného kompozitu pro vysoce výkonné lithium-sírové baterie. Electrochimica Acta, 2017, 232:156-163.

[40] HAN P, MANTHIRAM A. Bórem a dusíkem dopované separátory potažené redukovaným oxidem grafenu pro vysoce výkonné Li-S baterie. Journal of Power Sources, 2017, 369:87-94.

[41] HOU TZ, CHEN X, PENG HJ a kol. Konstrukční principy pro heteroatomem dopovaný nanokarbon pro dosažení pevného ukotvení polysulfidů pro lithium-sírové baterie. Malý, 2016, 12(24):3283-3291.

[42] XIONG DG, ZHANG Z, HUANG XY a kol. Posílení polysulfidového zadržení v B/N-kodopovaných hierarchicky porézních uhlíkových nanovrstvách prostřednictvím Lewisovy acidobazické interakce pro stabilní Li-S baterie. Journal of Energy Chemistry, 2020, 51:90-100.

[43] YUAN SY, BAO JL, WANG LN a kol. Grafenem podporovaná dusíková a na bór bohatá uhlíková vrstva pro zlepšený výkon lithium-sírových baterií díky zvýšené chemisorpci lithium polysulfidů. Advanced Energy Materials, 2016, 6(5):1501733.

[44] CHEN L, FENG JR, ZHOU HH a kol. Hydrotermální příprava dusíkem, bórem kodopovaných zakřivených grafenových nanoribbonů s vysokým množstvím dopantu pro vysoce výkonné lithium-sírové bateriové katody. Journal of Materials Chemistry A, 2017, 5(16):7403-7415.

[45] JIN CB, ZHANG WK, ZHUANG ZZ, et al. Vylepšená chemisorpce sulfidů pomocí borem a kyslíkem dvojitě dopovaných vícestěnných uhlíkových nanotrubiček pro pokročilé lithium-sírové baterie. Journal of Materials Chemistry A, 2017, 5(2):632-640.

[46] ULLAH S, DENIS PA, SATO F. Neobvyklé zvýšení adsorpčních energií sodíku a draslíku v grafenu kodopovaném sírou-dusíkem a křemíkem-borem. ACS Omega, 2018, 3(11):15821-15828.

[47] ZHANG Z, XIONG DG, SHAO AH a kol. Integrace kovového kobaltu a N/B heteroatomů do porézních uhlíkových nanovrství jako účinný imobilizér síry pro lithium-sírové baterie. Uhlík, 2020, 167:918-929.

[48] ​​WANG P, KUMAR R, SANKARAN EM, et al. Borid vanadičný (VB2) syntetizovaný za vysokého tlaku: elastické, mechanické, elektronické a magnetické vlastnosti a tepelná stabilita. Anorganická chemie, 2018, 57(3):1096-1105.

[49] HE GJ, LING M, HAN XY a kol. Samostojné elektrody se strukturou jádro-plášť pro vysoce výkonné superkondenzátory. Energy Storage Materials, 2017, 9:119-125.

[50] WANG CC, AKBAR SA, CHEN W, et al. Elektrické vlastnosti vysokoteplotních oxidů, boridů, karbidů a nitridů. Journal of Materials Science, 1995, 30(7):1627-1641.

[51] XIAO ZB, YANG Z, ZHANG LJ a kol. Sendvičový grafen dopovaný NbS2@S@I pro vysoce sírou zatížené, ultrarychlé a lithium-sírové baterie s dlouhou životností. ACS Nano, 2017, 11(8):8488-8498.

[52] WANG LJ, LIU FH, ZHAO BY, et al. Uhlíkové nanomisky naplněné nanovrstvami MoS2 jako elektrodové materiály pro superkondenzátory. ACS Applied Nano Materials, 2020, 3(7):6448-6459.

[53] BALACH J, LINNEMANN J, JAUMANN T, et al. Nanostrukturní materiály na bázi kovu pro pokročilé lithium-sírové baterie. Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6(46):23127-23168.

[54] BEN-DOR L, SHIMONY Y. Krystalová struktura, magnetická susceptibilita a elektrická vodivost čistého a NiO dopovaného MoO2 a WO2. Materials Research Bulletin, 1974, 9(6):837-44.

[55] SAMSONOV G. 难熔化合物手册. 北京:中国工业出版社, 1965: 1-147.

[56] FENG LS, QUN CX, LIN MY a kol. Oxidy na bázi Nb jako anodové materiály pro lithium-iontové baterie. Progress in Chemistry, 2015, 27(2/3):297-309.

[57] TAO Q, MA SL, CUI T, et al. Struktura a vlastnosti funkčních boridů přechodných kovů. Acta Physica Sinica, 2017,66(3):036103.

[58] SHEN YF, XU C, HUANG M, et al. Pokrok ve výzkumu klastrů boru, boranu a sloučenin bóru dotovaných kovy. Progress in Chemistry, 2016, 28(11):1601-1614.

[59] GUPTA S, PATEL MK, MIOTELLO A, et al. Katalyzátory na bázi kovových boridů pro elektrochemické dělení vody: přehled. Advanced Functional Materials, 2020,30(1):1906481.

[60] WU F, WU C. Nové sekundární baterie a jejich klíčové materiály založené na konceptu multielektronové reakce. Chinese Science Bulletin, 2014, 59(27):3369-3376.

[61] GUAN B, FAN LS, WU X a kol. Snadná syntéza a zvýšený výkon lithium-sírové baterie amorfní borid kobalt (Co2B) @ grafenové kompozitní katody. Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6(47):24045-24049.

[62] GUAN B, ZHANG Y, FAN LS a kol. Blokování polysulfidu pomocí Co2B@CNT prostřednictvím „synergického adsorpčního efektu“ směrem k ultravysoké kapacitě a robustní lithium-sírové baterii. ACS Nano, 2019, 13(6):6742-6750.

[63] GUAN B, SUN X, ZHANG Y a kol. Objev mezifázové elektronické interakce v kobaltovém boride@MXene pro vysoce výkonné lithium-sírové baterie. Čínské chemické dopisy, 2020, 32(7):2249-2253.

[64] BASU B, RAJU GSURI A. Zpracování a vlastnosti monolitických materiálů na bázi TiB2. International Materials Reviews, 2006, 51(6):352-374.

[65] LI CC, LIU XB, ZHU L, et al. Vodivý a polární borid titanu jako hostitel síry pro pokročilé lithium-sírové baterie. Chemie materiálů, 2018, 30(20):6969-6977.

[66] LI ZJ, JIANG HR, LAI NC a kol. Návrh efektivního rozhraní rozpouštědlo-katalyzátor pro katalytickou konverzi síry v lithium-sirných bateriích. mistry materiálů, 2019, 31(24):10186-10196.

[67] JIN LM, NI J, SHEN C, et al. Kovově vodivý TiB2 jako multifunkční modifikátor separátoru pro vylepšené lithium-sírové baterie. Journal of Power Sources, 2020, 448:227336.

[68] WU R, XU HK, ZHAO YW a kol. Borofenové podjednotky boru vložené do molybdenové struktury MoB2 umožňují stabilní a rychle působící lithium-sírové baterie na bázi Li2S6-. Materiály pro skladování energie, 2020, 32:{10}}.

[69] HE JR, BHARGAV A, MANTHIRAM A. Borid molybdenu jako účinný katalyzátor pro polysulfidový redox, který umožňuje lithium-sírové baterie s vysokou hustotou energie. Pokročilé materiály, 2020, 32 (40): 2004741.

[70] PANG Q, KWOK CY, KUNDU D, a kol. Lehký kovový MgB2 zprostředkovává polysulfidový redox a slibuje lithium-sírové baterie s vysokou hustotou energie. Joule, 2019, 3(1):136-148.

[71] YU TT, GAO PF, ZHANG Y, et al. Monovrstva borofosfidu jako potenciální kotevní materiál pro lithium-sírové baterie: studie prvních principů. Applied Surface Science, 2019, 486:281-286.

[72] JANA S, THOMAS S, LEE CH, et al. B3S monolayer: předpověď vysoce výkonného anodového materiálu pro lithium-iontové baterie. Journal of Materials Chemistry A, 2019, 7(20):12706-12712.

[73] SUN C, HAI CX, ZHOU Y, et al. Vysoce katalytické nanovlákno nitridu boru in situ pěstované na předupravené ketjenčerni jako katodě pro zvýšený výkon lithium-sírových baterií. ACS Applied Energy Materials, 2020, 3(11):10841-10853.

[74] ARENAL R, LOPEZ BEZANILLA A. Materiály z nitridu boru: přehled od 0D po 3D (nano)struktury. Wiley Interdisciplinary Reviews-Computational Molecular Science, 2015, 5(4):299-309.

[75] JIANG XF, WENG QH, WANG XB a kol. Nedávný pokrok ve výrobě a aplikacích nanomateriálů nitridu boru: přehled. Journal of Materials Science and Technology, 2015, 31(6):589-598.

[76] PRAKASH A, NEHATE SD, SUNDARAM K B. UV detektory kov-izolátor-kov na bázi nitridu bóru a uhlíku pro aplikace v drsném prostředí. Optics Letters, 2016, 41(18):4249-4252.

[77] ZHAO YM, YANG L, ZHAO JX a kol. Jak aktivovat nanovrstvy inertního nitridu boru pro imobilizaci polysulfidů pro lithium-sírové baterie: výpočetní studie. Physical Chemistry Chemical Physics, 2017, 19(28):18208-18216.

[78] YI YK, LI HP, CHANG HH, et al. Nízkovrstvý nitrid boru s umělým dusíkem pro podporu konverze polysulfidu jako katodové matrice pro lithium-sírové baterie. Chemie, 2019, 25(34):8112-8117.

[79] HE B, LI WC, ZHANG Y, et al. Paragenesis BN/CNTs hybrid jako monoklinický sirný hostitel pro vysokorychlostní lithium-sírovou baterii s ultra dlouhou životností. Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6(47):24194-24200.

[80] DENG DR, BAI CD, XUE F a kol. Multifunkční iontové síto vyrobené z 2D materiálů jako mezivrstva pro Li-S baterie. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11(12):11474-11480.

[81] SUN K, GUO PQ, SHANG XN, et al. Mezoporézní separátory nitrid bóru a uhlíku/grafen modifikované jako účinná polysulfidová bariéra pro vysoce stabilní lithium-sírové baterie. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2019, 842:34-40.

[82] FAN Y, YANG Z, HUA WX a kol. Funkcionalizované nanovrstvy z nitridu boru/grafenová mezivrstva pro rychlé lithium-sírové baterie s dlouhou životností. Advanced Energy Materials, 2017, 7(13):1602380.

[83] KIM PJH, SEO J, FU K, et al. Synergický ochranný účinek separátoru BN-uhlík pro vysoce stabilní lithium-sírové baterie. NPG Asia Materials, 2017, 9(4):e375.

[84] PRAMANICK A, DEY PP, DAS P K. Analýza mikrostruktury, fáze a elektrické vodivosti jiskrového plazmového slinutého karbidu boru obráběného metodou WEDM. Ceramics International, 2020, 46(3):2887-2894.

[85] YEGANEH M, SARAF HH, KAFI F, et al. První principy zkoumání vibračních, elektronických a optických vlastností karbidu boru podobného grafenu. Solid State Communications, 2020, 305:113750.

[86] CHANG YK, SUN XH, MA MD a kol. Aplikace tvrdých keramických materiálů B4C při skladování energie: navrhnout nanočástice typu jádro-plášť B4C@C jako elektrody pro flexibilní polopevné mikrosuperkondenzátory s ultravysokou cyklovatelností. Nano Energy, 2020, 75:104947.

[87] LUO L, CHUNG SH, ASL HY, et al. Lithium-sírové baterie s dlouhou životností s bifunkčním katodovým substrátem konfigurovaným s nanovlákny karbidu boru. Pokročilé materiály, 2018, 30 (39): 1804149.

[88] SONG NN, GAO Z, ZHANG YY, et al. Flexibilní lithium-sírové baterie s podporou nanoskeletu B4C. Nano Energy, 2019, 58:30-39.

[89] ZHANG RH, CHI C, WU MC, et al. Li-S baterie s dlouhou životností, kterou umožňuje katoda vyrobená z dobře distribuovaných nanočástic B4C zdobených aktivovanými bavlněnými vlákny. Journal of Power Sources, 2020,451:227751.