Booripõhiste materjalide hiljutine areng liitiumväävelpatareis
Autor:LI Gaoran, LI Hongyang, ZENG Haibo
MIIT täiustatud kuvamaterjalide ja -seadmete võtmelabor, nanooptoelektrooniliste materjalide instituut, materjaliteaduse ja tehnika kool, Nanjingi teadus- ja tehnoloogiaülikool, Nanjing 210094
Abstraktne
Liitium-väävel (Li-S) akud mängivad oma suure energiatiheduse ja madalate kulude tõttu otsustavat rolli järgmise põlvkonna elektrokeemilise energiasalvestustehnoloogia väljatöötamisel. Nende praktilist rakendamist takistab aga konversioonireaktsioonide aeglane kineetika ja madal pöörduvus, mis aitavad kaasa suhteliselt madalale praktilisele võimsusele, kulonilisele ebaefektiivsusele ja rattasõidu ebastabiilsusele. Sellega seoses on juhtivate, adsorptiivsete ja katalüütiliste funktsionaalsete materjalide ratsionaalne disain väävli elektrokeemia stabiliseerimiseks ja edendamiseks kriitiline viis. Boori ainulaadsetest aatom- ja elektroonilistest struktuuridest kasu saades on booripõhistel materjalidel mitmesugused ja häälestatavad füüsikalised, keemilised ja elektrokeemilised omadused ning neile on pööratud laialdast tähelepanu Li-S akude uurimisele. Selles artiklis antakse ülevaade booripõhiste materjalide, sealhulgas borofeeni, booriaatomiga legeeritud süsiniku, metalliboriidide ja mittemetallide boriidide hiljutisest uurimistööst Li-S akudes, tehakse järeldused ülejäänud probleemide kohta ja pakutakse välja tulevane arendusperspektiiv.
Märksõnad:liitium-väävelaku, boriid, keemiline doping, borofeen, süstikefekt, ülevaade
Rohelise taastuvenergia arendamine, täiustatud energia muundamise ja salvestamise meetodite väljatöötamine ning tõhusa ja puhta energiasüsteemi loomine on vältimatud valikud, et tulla toime energiakriisi ja kliimamuutustega tänapäeva maailmas. Elektrokeemiline energiasalvestustehnoloogia, mida esindavad akud, suudab muundada ja salvestada uut puhast energiat ning kasutada seda tõhusamal ja mugavamal kujul, mängides olulist rolli rohelise energiamajanduse ja säästva arengu edendamisel [1,2]. Paljude akutehnoloogiate hulgas on liitiumioonakude eeliseks kõrge energiatihedus ja mäluefekti puudumine. See on saavutanud kiire arengu alates selle turule toomisest 1991. aastal ning seda on laialdaselt kasutatud elektrisõidukites, kaasaskantavates elektroonikaseadmetes, riigikaitses ja muudes valdkondades [3,4]. Kuid elektriseadmete pideva arendamise tõttu ei ole traditsioonilised liitiumioonakud suutnud rahuldada kasvavat energianõudlust. Selle taustal on liitium-väävelakud äratanud laialdast tähelepanu tänu nende suurele teoreetilisele erivõimsusele (1675 mAh·g-1) ja energiatihedusele (2600 Wh∙kg-1). Samal ajal on väävlivarud külluslikud, laialt levinud, madala hinnaga ja keskkonnasõbralikud, mistõttu liitium-väävelpatareid on viimastel aastatel uute sekundaarakude alal uurimistööpunktiks [5,6].
1 Liitium-väävelakude tööpõhimõte ja olemasolevad probleemid
Liitium-väävelakud kasutavad tavaliselt positiivse elektroodina elementaarset väävlit ja negatiivse elektroodina metallist liitiumi. Aku põhistruktuur on näidatud joonisel 1(a). Elektrokeemiline reaktsioon on mitmeastmeline konversioonireaktsiooni protsess, mis hõlmab mitut elektronide ülekannet, millega kaasneb tahke-vedeliku faasisiire ja rida liitiumpolüsulfiidi vaheühendeid (joonis 1(b)) [7,8]. Nende hulgas on reaktsiooniahela mõlemas otsas paiknev elementaarne väävel ja lühikese ahelaga Li2S2/Li2S elektrolüüdis lahustumatud ja esinevad sademe kujul elektroodi pinnal. Pika ahelaga liitiumpolüsulfiidil (Li2Sx, 4 Väiksem või võrdne x Väiksem või võrdne 8) on elektrolüüdis suurem lahustuvus ja migratsioonivõime. Elektroodimaterjalide olemuslike omaduste ja nende tahke-vedeliku faasi muundamisreaktsiooni mehhanismi põhjal on liitium-väävelpatareidel energia- ja kulueelised, kuid neil on ka palju probleeme ja väljakutseid [9,10,11,12]:
Joonis 1 (a) liitium-väävelaku konfiguratsiooni ja (b) vastava laadimis-tühjenemisprotsessi skemaatiline diagramm[7]
1) Tahkefaasiline elementaarne väävel ja Li2S kogunevad elektroodi pinnale ning nende sisemine elektronide ja ioonide inerts põhjustab raskusi laengu ülekandmisel ja aeglase reaktsiooni kineetikaga, vähendades seeläbi aktiivsete materjalide kasutusmäära ja aku tegelikku mahtuvust.
2) Väävli ja Li2S vahel on reaktsiooniahela mõlemas otsas suur tiheduse erinevus (2,07 vs 1,66 g∙cm-3). Materjali maht muutub reaktsiooniprotsessi ajal kuni 80% ja elektroodi mehaaniline struktuurne stabiilsus seisab silmitsi suurte väljakutsetega.
3) Liitiumpolüsulfiidi lahustumis- ja migratsioonikäitumine elektrolüüdis põhjustab tõsist "süstikuefekti", mille tulemuseks on suur aktiivse materjali kadu ja Coulombi kadu. Lisaks osaleb liitiumpolüsulfiid anoodi pinnal toimuvates keemilistes/elektrokeemilistes kõrvalreaktsioonides, mis mitte ainult ei põhjusta aktiivsete materjalide edasist kadu, vaid ka passiveerib ja korrodeerib anoodi pinda, süvendab liitiumdendriitide teket ja kasvu ning suurendab ohutusriske.
Need probleemid on omavahel seotud ja mõjutavad üksteist, mis suurendab oluliselt akusüsteemi keerukust, muutes praegustel liitium-väävelakudel raskeks vastata praktiliste rakenduste vajadustele, mis puudutab aktiivse materjali kasutamist, tegelikku energiatihedust, tsükli stabiilsust ja ohutust. . Ülaltoodud probleemide analüüsist on näha, et väävli elektrokeemilise reaktsiooni protsessi mõistlik juhtimine on ainus viis liitium-väävelakude töövõime parandamiseks. Väävli elektrokeemia tõhusa juhtimise ja täiustamise saavutamine sõltub täiustatud funktsionaalsete materjalide sihipärasest kavandamisest, arendamisest ja rakendamisest. Nende hulgas on kõige tüüpilisem strateegia töötada välja juhtiva, adsorptsiooni ja katalüütiliste omadustega funktsionaalsed materjalid väävelkatoodide või modifitseeritud separaatoritena. Füüsikalise ja keemilise koostoime kaudu liitiumpolüsulfiidiga piirdub aktiivne materjal positiivse elektroodi alaga, inhibeerides lahustumist ja difusiooni ning soodustades selle elektrokeemilist muundamist. See leevendab süstiku efekti ning parandab aku energiatõhusust ja tsükli stabiilsust [13,14]. Sellele ideele tuginedes on teadlased sihipäraselt välja töötanud erinevat tüüpi funktsionaalseid materjale, sealhulgas süsinikmaterjale, juhtivaid polümeere, metallist orgaanilisi raamistikke, metallioksiide/sulfiide/nitriide jne. Häid tulemusi on saavutatud [15,16,17, 18,19].
2 Booripõhiste materjalide kasutamine liitium-väävelakudes
Boor on väikseim metalloidne element. Selle väike aatomiraadius ja suur elektronegatiivsus muudavad metalliliste kovalentsete ühendite moodustamise lihtsaks. Boori aatomitel on tüüpiline elektronidefitsiitne struktuur ja nende valentselektroni konfiguratsioon on 2s22p1. Nad võivad erinevate hübridisatsioonivormide kaudu jagada ühte või mitut elektroni teiste aatomitega, moodustades mitmekeskuselisi sidemeid [20, 21]. Need omadused muudavad boriidi struktuuri väga häälestatavaks, näidates ainulaadseid ja rikkalikke keemilisi ja füüsikalisi omadusi ning seda saab laialdaselt kasutada paljudes valdkondades, nagu kergetööstus, ehitusmaterjalid, riigikaitse, energeetika jne [22,23]. Võrdluseks, liitium-väävelakude booripõhiste materjalide uurimine on alles lapsekingades. Viimastel aastatel on nanotehnoloogia ja iseloomustusmeetodid edasi arenenud ning booripõhiste materjalide struktuuriomadusi on pidevalt uuritud ja arendatud, mistõttu on hakanud ilmnema ka nende sihipärane uurimine ja rakendamine liitium-väävlisüsteemides. Seda silmas pidades keskendub see artikkel tüüpilistele booripõhistele materjalidele, nagu borofeen, booriaatomiga legeeritud süsinik, metalliboriidid ja mittemetalliboriidid. Selles artiklis antakse ülevaade liitium-väävelpatareide uurimise viimastest edusammudest, tehakse kokkuvõte olemasolevatest probleemidest ja oodatakse tulevasi arengusuundi.
2,1 Boreen
Borofeenil on boorielementide hulgas väga esindusliku allotroopina ühe aatomi paksune kahemõõtmeline struktuur, mis sarnaneb grafeeniga. Võrreldes puisteboorelemendiga on sellel suurepärased elektrilised, mehaanilised ja termilised omadused ning see on kahemõõtmelistes materjalides tõusev täht [24]. Boori aatomite paigutuse topoloogiliste erinevuste põhjal on borofeenil rikkalikud kristallstruktuurid ja elektroonilised omadused, aga ka anisotroopsed juhtivad omadused. Nagu on näha jooniselt fig 2 (a, b), kipuvad borofeeni elektronid koonduma boori aatomite ülaosale ja nendel elektronide polarisatsioonipiirkondadel on suurem sidumisaktiivsus. Eeldatakse, et see tagab liitium-väävelakusüsteemides polüsulfiididele head keemilise adsorptsioonikohad [25]. Samal ajal on borofeenkilel hea elektrijuhtivus ning füüsikaline ja keemiline stabiilsus, seega on sellel liitium-väävelpatareides hea kasutuspotentsiaal.
Joonis 2 (a) Erinevate borofeenide struktuurimudelid ja nende vastavad laengutiheduse jaotused, (b) polüsulfiidide adsorptsioonienergiad erinevatel borofeenidel[25]
Jiang et al. [26] leidis teoreetiliste arvutustega, et borofeenil on liitiumpolüsulfiidi tugev adsorptsioonivõime. Kuid see tugev interaktsioon võib kergesti vallandada ka Li-S klastrite lagunemise, mille tulemuseks on aktiivse materjali väävli kadu. Võrdluseks, sisemise defektiga struktuuriga borofeeni pind adsorbeerib liitiumpolüsulfiidi õrnemalt [27], mis võimaldab piirata süstiku käitumist, vältides samal ajal rõngastruktuuri lagunemist ja hävimist. Eeldatakse, et sellest saab sobivam liitiumpolüsulfiidi adsorptsioonimaterjal. Samal ajal näitavad borofeen-liitiumpolüsulfiidi adsorptsioonistruktuuri energiaribade analüüsi tulemused, et adsorptsiooniklastrid on metallilised, mis on peamiselt tingitud boori olemuslikest metallilistest omadustest ja selle tugevast elektroakustilisest sidestustugevusest. Eeldatakse, et see aitab väävli elektrokeemilisel muundamise protsessil saavutada paremat reaktsioonikineetikat [28]. Lisaks Grixti et al. [29] simuleeris liitiumpolüsulfiidi molekulide difusiooniprotsessi 12-boreeni pinnal. Leiti, et 12-boreen adsorpteeris tugevalt mitmele liitiumpolüsulfiidile. Li2S6 ja Li2S4 molekulide madalaimad difusioonienergia barjäärid tugitooli suunas on vastavalt 0,99 ja 0,61 eV, mis on lihtsam kui difusioon siksakisuunas. Tänu heale adsorptsioonivõimele ja mõõdukale difusioonienergia barjäärile peetakse 12-boreeni suurepäraseks liitiumpolüsulfiidi adsorptsioonimaterjaliks, mis eeldatavasti pärsib liitium-väävelakudes süstikuefekti ja parandab väävli elektrokeemiliste reaktsioonide pöörduvust.
Enamik praegustest uuringutest boori lahjendamise kohta liitium-väävelpatareides on siiski endiselt teoreetilise prognoosimisetapis ja eksperimentaalseid kinnitusi teatatakse harva. Selle põhjuseks on peamiselt boorilahjenduse valmistamise raskused. Boori olemasolu ennustati 1990. aastatel, kuid tegelikult valmistati see ette alles 2015. aastal [30]. Osaliselt võib põhjus olla selles, et booril on ainult kolm valentselektroni ja see peab moodustama raamstruktuuri, et kompenseerida puuduolevaid elektrone, mis muudab 3D-struktuuri moodustamise 2D-struktuuri asemel lihtsamaks. Praegu tugineb boori valmistamine tavaliselt sellistele tehnoloogiatele nagu molekulaarkiire epitaksia ja kõrgvaakum, kõrge temperatuur ja muud tingimused ning sünteesilävi on kõrge [31]. Seetõttu on vaja välja töötada lihtsam ja tõhusam boori lahjendatud sünteesi meetod ning täiendavalt eksperimentaalselt uurida ja demonstreerida selle toimet ja sellega seotud mehhanisme liitium-väävelakudes.
2,2 boori aatomit legeeritud süsinik
Keemiliselt legeeritud süsinikmaterjalid on kuumad materjalid uute energiauuringute valdkonnas. Sobiv elementide doping võib säilitada süsinikmaterjalide eelised, nagu kerge kaal ja kõrge juhtivus, andes neile samal ajal täiendavaid füüsikalisi ja keemilisi omadusi, et kohaneda erinevate kasutusstsenaariumitega [32, 33]. Keemiliselt legeeritud süsinikmaterjale on laialdaselt uuritud liitium-väävelakudes [34, 35], mille hulgas on levinum doping väga elektronegatiivsete aatomitega, näiteks lämmastikuaatomitega. Seevastu booril on elektronidefitsiitne struktuur ja see on vähem elektronegatiivne kui süsinik. See muutub elektropositiivseks pärast süsinikvõrega liitumist. Eeldatakse, et see annab negatiivselt laetud polüsulfiidanioonidele hea adsorptsiooniefekti, leevendades seeläbi süstikuefekti [36, 37].
Yang et al. [38] kasutasid väävelkatoodi põhimaterjalina booriga legeeritud poorset süsinikku ja leidsid, et boori legeerimine mitte ainult ei parandanud süsinikmaterjali elektroonilist juhtivust, vaid kutsus esile ka süsiniku maatriksi positiivse polarisatsiooni. Negatiivselt laetud polüsulfiidiioonid adsorbeeritakse ja ankurdatakse tõhusalt elektrostaatilise adsorptsiooni ja Lewise interaktsiooni kaudu, pärssides seeläbi nende lahustumist ja difusiooni (joonis 3 (a, b)). Seetõttu on booriga legeeritud poorsel süsinikul põhineval väävlitoodil suurem algvõimsus ja stabiilsem tsükliline jõudlus kui puhta süsiniku ja lämmastikuga legeeritud proovid. Xu et al. [39] saadi booriaatomiga legeeritud süsinik-nanotoru/väävli komposiitkatoodi materjali (BUCNTs/S) hüdrotermilise ühepaagi meetodi abil. Vedelfaasi in situ süntees muudab väävli komposiidis ühtlasemalt jaotuvaks, samas kui boori doping annab süsinikupõhisele peremeesmaterjalile suurema elektrijuhtivuse ja tugevama väävli sidumise võime. Saadud BUCNTs/S elektroodi algne võimsus oli 1251 mAh∙g-1 temperatuuril 0,2 °C ja suutis pärast 400 tsüklit säilitada võimsust 750 mAh∙g-1. Aku funktsionaalsete separaatorite konstrueerimisel mängivad lisaks väävelkatoodiga hostidele olulist rolli ka booriga legeeritud süsinikmaterjalid. Han et al. [40] kattis kerge booriga legeeritud grafeeni traditsioonilisel separaatoril, et ehitada funktsionaalne modifikatsioonikiht, kasutades selle adsorptsiooni ja polüsulfiidide taaskasutamist, et tõhusalt leevendada süstiku efekti ja parandada aktiivsete materjalide kasutusmäära.
Joonis 3 (a) B-legeeritud süsiniku põhiahela skeem, (b) erinevatel elementidega legeeritud poorsel süsinikul põhinevate väävlikomposiitide S2p XPS spektrid; ja (c) NBCGN/S komposiidi laadimis-tühjenemise protsessi skeem, (d) tsüklilisus temperatuuril 0.2C ja (e) väävelelektroodide kiirus, mis põhinevad erinevatel elementidega legeeritud kõveratel grafeeni nanoribadel[44]
Arvestades erinevate dopingelementide põhiomadusi ja nende erinevaid toimeviise süsinikvõre struktuuris, on mitmeelemendiline kaasdoping üks olulisi strateegiaid süsinikmaterjalide pinnakeemia reguleerimiseks ja väävli elektrokeemiliste reaktsioonide parandamiseks [41, 42, 43]. Sellega seoses sünteesis Kuangi uurimisrühm [44] esimest korda hüdrotermilise meetodi abil väävelkatoodi peremeesmaterjalina lämmastiku ja booriga koos legeeritud grafeeni nanoribisid (NBCGN-sid), nagu on näidatud joonisel 3(c). Uuringus leiti, et lämmastiku ja boori kaasdopingu sünergistlik toime mitte ainult ei indutseeri NBCGN-e suurema eripinna, pooride mahu ja suurema juhtivuse saamiseks, vaid aitab ka väävlit katoodil ühtlaselt jaotada. Veelgi olulisem on see, et boor ja lämmastik toimivad koos legeeritud süsteemis elektronidefitsiitsete ja elektronirikaste keskustena. Seda saab Lewise interaktsioonide kaudu siduda vastavalt Sx2- ja Li+-ga, adsorbeerides seeläbi liitiumpolüsulfiidi tõhusamalt ja parandades oluliselt aku tsüklit ja kiirust (joonis 3(d, e)). Põhineb kõrge ja madala elektronegatiivsusega elementide sarnastel dopingustrateegiatel. Jin et al. [45] valmistas boori ja hapnikuga koos legeeritud mitme seinaga süsinik-nanotoru põhimaterjale, kasutades lisandina boorhapet. Saadud aku erimahtuvus 937 mAh∙g-1 säilib ka pärast 100 tsüklit, mis on oluliselt parem kui tavaliste süsiniktorude aku jõudlus (428 mAh∙g-1). Lisaks on teadlased proovinud ka muid kaasdopingu vorme. Kaasa arvatud boorsilikaadiga legeeritud grafeen [46], koobaltmetalli ja boorlämmastikuga legeeritud grafeen [47] jne on aku jõudlust tõhusalt parandanud. Koos legeeritud komponentide sünergistlik toime mängib väävli elektrokeemilise reaktsiooni parandamisel otsustavat rolli.
Boorielemendi doping võib tõhusalt parandada süsinikmaterjalide sisemist juhtivust ja pinna keemilist polaarsust, tugevdada keemilist adsorptsiooni ja pärssida liitiumpolüsulfiidi liikumist, parandades seeläbi väävli elektrokeemiliste reaktsioonide kineetikat ja stabiilsust ning parandades aku jõudlust. Sellele vaatamata on liitium-väävelpatareide booriga legeeritud süsinikmaterjalide uurimisel endiselt palju probleeme, mis vajavad edasist uurimist ja analüüsi. Näiteks boori dopingu koguse ja dopingu konfiguratsiooni mõju süsinikmaterjalide liitiumpolüsulfiidi juhtivusele, pinnalaengu jaotusele ja adsorptsioonikäitumisele. Samal ajal sõltub kõrge boori dopingusisaldusega süsinikmaterjalide saamine ja dopingu konfiguratsiooni täpne kontrollimine täiustatud ettevalmistusmeetodite ja -tehnoloogiate arengust. Lisaks tuleb mitme elemendiga koos legeeritud süsteemide jaoks sobivamaid dopinguelementide kombinatsioone veel täiendavalt uurida. Luua süstemaatiline struktuuri ja aktiivsuse suhe, et selgitada koos legeeritud struktuuri sünergilise toime mehhanismi ja selle mõju peremees-külalise interaktsioonide režiimile ja intensiivsusele väävli elektrokeemias.
2.3 Metallboriidid
Metalliühendid on alati olnud liitium-väävelpatareide funktsionaalsete materjalide uurimispunktiks nende sisemise keemilise polaarsuse ning hea morfoloogilise ja struktuurse plastilisuse tõttu. See erineb tavalistest metallioksiididest, sulfiididest, nitriididest ja muudest ioonühenditest. Metallboriidid koosnevad tavaliselt boorist ja kovalentsetel sidemetel põhinevatest metallielementidest ning nende täidetud struktuur pärib osa metallilisusest. Sellel on palju suurem juhtivus kui teistel metalliühenditel (joonis 4) [48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56] ja see võib pakkuda kiiret elektronide varustamist elektrokeemiliste reaktsioonide jaoks [57]. Samal ajal on metalli ja boori vahel lokaalne piiratud ioonsideme polaarne struktuur, mis võib pakkuda polüsulfiididele häid adsorptsioonikohti [58, 59]. Lisaks nõrgeneb ülielektronegatiivse boori stabiilsus pärast legeerimist siirdemetallidega ning on lihtsam osaleda redoksreaktsioonides. See võimaldab metalliboriididel osaleda liitiumi-väävli elektrokeemilistes reaktsioonides pinnareaktsioonide kaudu vahendajana [60].
Joonis 4 Juhtivuse võrdlus mitmete metalliühendite kategooriatega[48,49,50,51,52,53,54,55,56]
Guan et al. [61] valmistas väävlitoodide jaoks peremeesmaterjali, laadides vedelfaasi redutseerimise meetodil grafeenile amorfseid Co2B nanoosakesi. Uuringud on leidnud, et nii boor kui ka koobalt võivad toimida adsorptsioonikohtadena liitiumpolüsulfiidi keemiliseks ankurdamiseks, takistades seeläbi selle lahustumist ja migratsiooni. Koos grafeeni suurepärase kaugjuhtivusega on aku tühjenemise erimaht pärast 450 tsüklit 1C kiirusel endiselt 758 mAh·g-1 ja mahu vähenemise kiirus tsükli kohta on { {26}},029%, mis näitab suurepärast tsükli jõudlust. Sarnase sünergilise adsorptsiooniefekti põhjal on liitium-väävelakude funktsionaalse eraldajana kasutatava Co2B@CNT komposiitmaterjali Li2S6 adsorptsioonivõime kuni 11,67 mg∙m-2 [62], mis võib blokeerida tõhusalt polüsulfiidide difusiooni ja läbitungimist ning saavutada süstikuefekti pärssimise eesmärk. Selle põhjal Guan et al. [63] kasutas ka kahemõõtmelist metallkarbiidi (MXene) kandjana Co2B@MXene heteroühendusega komposiitmaterjali valmistamiseks (joonis 5(a~d)). Teoreetiliste arvutuste abil leiti, et elektrooniline interaktsioon heterosiirde liideses viib elektronide ülekandeni Co2B-lt MXene-le. See efekt parandab Co2B adsorptsiooni ja katalüütilist võimet polüsulfiidide suhtes (joonis 5 (a, b)). Seetõttu on Co2B@MXene funktsionaalselt modifitseeritud separaatoril põhineva aku mahu vähenemise kiirus 2000 tsükli jooksul vaid 0,0088% tsükli kohta. Ja väävlisisalduse 5,1 mg∙cm-2 korral on erimahtuvus endiselt koguni 5,2 mAh∙cm-2 (joonis 5(c, d)). Tuleb märkida, et võrreldes kristalse faasi struktuuridega on seda tüüpi amorfse faasi metallboriidmaterjalid materjali ettevalmistamisel õrnemad ja lihtsamad. Selle aatomi- ja molekulaarstruktuuri juhitavus ja stabiilsus on aga suhteliselt kehv, mis on suureks takistuseks selle komponentide ja mikrostruktuuri selgitamisel ning selle mõjumehhanismi uurimisel väävli elektrokeemilise reaktsiooni protsessile.
Joonis 5 (a) Li2S4 adsorptsioonikonfiguratsioonid Co2B ja Co2B@MXene pindadel, (b) elektronide ümberjaotumise skeem Co2B ja MXene vahelistes liidestes, (c) Co2B@MXene ja muude separaatorite baasil põhinevate rakkude tsükliline jõudlus, ( d) Co2B@MXene elemendi pikaajaline jõudlus jalgrattasõidul[63]; (e) skemaatiline illustratsioon polüsulfiidide pinnakeemilisest kinnijäämisest TiB2-le, (f) adsorptsioonikonfiguratsioonid ja (g) väävliliikide energiad TiB2 (001) ja (111) pindadel, (h) suure koormusega jõudlus ja (i) ) TiB2-põhise väävelelektroodi[ pikaajaline tsükkel63,65]
TiB2 on klassikaline suurepärase elektrijuhtivusega metallboriid (~106 S∙cm-1) ja seda kasutatakse laialdaselt sellistes valdkondades nagu juhtiv keraamika, täppistöötlus ja elektrokeemilised seadmed. TiB2-l on tüüpiline kuusnurkne struktuur ning kõrge kõvadus ja struktuurne elastsus, mis aitab kohaneda väävlireaktsiooni mahumuutusega. Samal ajal eeldatakse, et selle pinnal olevate küllastumata struktuuride suur arv moodustab tugeva liidese keemilise interaktsiooni liitiumpolüsulfiidiga [64], saavutades seeläbi hea adsorptsiooni ja suletuse. Li et al. [65] teatas esmalt, et TiB2 kasutati väävelkatoodide põhimaterjalina. Nagu on näidatud joonisel 5(e~g), väävlitakse TiB2 pind osaliselt S-ga termilise segamise protsessis. Reaktsiooni käigus tekkiv liitiumpolüsulfiid adsorbeerub tõhusalt van der Waalsi jõudude ja Lewise happe-aluse interaktsioonide kaudu ning selle mehhanismi mõju on (001) pinnal märkimisväärne. Saadud väävelkatoodiga saavutati stabiilne 500 tsüklist koosnev tsükkel kiirusega 1C ja samal ajal säilis erivõimsus 3,3 mAh∙cm-2 pärast 100 tsüklit väävlikoormusel 3,9 mg∙cm{{19 }}. näitas head elektrokeemilist jõudlust (joonis 5(h, i)). XPS analüüsi ja teoreetiliste arvutuste tulemuste põhjal tuleks TiB2 suurepärast liitiumpolüsulfiidi adsorptsiooniefekti seostada selle pinna passiveerimise mehhanismiga. Lisaks võrdles Lu uurimisrühm [66] TiB2, TiC ja TiO2 adsorptsiooniefekte liitiumpolüsulfiidile ning uuris konkurentsimehhanismi vastava keemilise adsorptsiooni ja solvatatsioonidesorptsiooni vahel. Tulemused näitavad, et madalama elektronegatiivsusega booril on TiB2 suurem adsorptsioonivõime ja koos nõrga solvatatsioonivõimega eeterelektrolüüdiga võib see tõhusalt parandada väävli kasutamist ja suurendada elektrokeemiliste reaktsioonide pöörduvust. Seda silmas pidades on TiB2-d kasutatud ka multifunktsionaalsete separaatorite [67] ehitamiseks, mis adsorbeerivad, ankurdavad ja taaskasutavad aktiivseid materjale, parandades oluliselt akutsükli stabiilsust. Võimsus suudab säilitada 85% algväärtusest pärast 300 tsüklit temperatuuril 0,5 ° C.
Sarnaselt TiB2-ga on MoB-l hea juhtivus ja selle sisemine kahemõõtmeline struktuur soodustab adsorptsioonikohtade täielikku paljastamist ning eeldatavasti saab sellest hea väävelkatoodkatalüsaator [68]. Austini Texase ülikooli Manthirami uurimisrühm [69] kasutas Sn-i redutseeriva ainena ja sünteesis MoB nanoosakesi tahke faasi meetodi abil, mis näitas liitiumpolüsulfiidi head adsorptsiooni ja katalüütilist võimet. MoB-l on kõrge elektrooniline juhtivus (1,7 × 105 S∙m-1), mis võib pakkuda kiiret elektronide varustamist väävlireaktsioonide jaoks; samal ajal soodustavad MoB hüdrofiilsed pinnaomadused elektrolüütide niisutamist ja aitavad kaasa liitiumioonide kiirele transpordile . See tagab aktiivsete materjalide kasutamise lahja elektrolüüdi tingimustes; lisaks võib nanosuuruses MoB täielikult paljastada elektronidefitsiitsete booriaatomite poolt indutseeritud katalüütiliselt aktiivsed saidid, võimaldades materjalil olla nii suurepärane sisemine kui ka näiline katalüütiline aktiivsus. Nende eeliste põhjal võib isegi väikese koguse MoB lisamine oluliselt parandada elektrokeemilist jõudlust ja näidata märkimisväärset praktilisust. Saadud aku võimsuse sumbumine on pärast 1,000 tsüklit 1C kiirusel vaid 0,03% tsükli kohta. Ning väävlisisaldusega 3,5 mg∙cm{17}} ja elektrolüüdi/väävli suhtega (E/S) 4,5 ml∙g-1 saavutati pehme aku tsükli suurepärane jõudlus. Lisaks kasutas Nazari uurimisrühm [70] liitiumpolüsulfiidi elektrokeemilise konversioonikeskkonnana kerget MgB2. Leiti, et nii B kui ka Mg võivad toimida polüsulfiidanioonide adsorptsioonikohtadena, tugevdada elektronide ülekannet ja saavutada parema tsükli stabiilsuse suure väävlikoormuse korral (9,3 mg∙cm-2).
Need tööd illustreerivad täielikult metalliboriidide tõhusust ja paremust väävli elektrokeemiliste reaktsioonide parandamisel. Võrreldes selliste süsteemidega nagu metallioksiidid ja sulfiidid, on liitium-väävelakude metalliboriidide kohta siiski suhteliselt vähe uurimusi, samuti tuleb laiendada ja süvendada materjalide ja nendega seotud mehhanismide uuringuid. Lisaks on kristalsetel metallboriididel tavaliselt kõrge struktuurne tugevus ja ettevalmistusprotsess nõuab kõrgete energiabarjääride ületamist ning kõrget temperatuuri, kõrget rõhku ja muid karme tingimusi, mis piirab nende uurimist ja kasutamist. Seetõttu on metalliboriidide uuringute oluliseks suunaks ka lihtsate, leebete ja tõhusate metallboriidi sünteesimeetodite väljatöötamine.
2.4 Mittemetallilised boriidid
Võrreldes metallboriididega on mittemetallist boriidid tavaliselt vähem tihedad ja kergemad, mis on kasulik suure energiatihedusega akude arendamisel; nende madalam juhtivus tekitab aga vastupanu väävli elektrokeemiliste reaktsioonide efektiivsusele ja kineetikale. Praegu on teadlased saavutanud teatavaid edusamme liitium-väävelpatareide jaoks mittemetalliliste boriidide, sealhulgas boornitriidil, boorkarbiidil, boorfosfiidil ja boorsulfiidil põhinevate väävlit kinnitavate materjalide valmistamisel [71, 72, 73].
Boornitriid (BN) ja boorkarbiid (BC) on kaks kõige tüüpilisemat ja laialdasemalt uuritud mittemetallist boriidi. BN koosneb vaheldumisi ühendatud lämmastiku- ja booriaatomitest ning sisaldab peamiselt nelja kristallivormi: kuusnurkne, trigonaalne, kuubikujuline ja leuriit [74]. Nende hulgas on kuusnurksel boornitriidil (h-BN) sellised omadused nagu lai ribalaius, kõrge soojusjuhtivus ning hea termiline ja keemiline stabiilsus tänu oma grafiiditaolisele kahemõõtmelisele struktuurile ja lokaliseeritud elektroonilistele polarisatsiooniomadustele [75,76]. BN-struktuuril on ilmsed polaarsed omadused ja sellel on tugev liitiumpolüsulfiidi keemiline adsorptsioonivõime. Samal ajal saab pinna keemilisi omadusi kontrollida elementide dopingu ja topoloogilise defekti konstruktsiooni abil, et tagada polüsulfiidi molekulaarstruktuuri stabiilsus, parandades samal ajal selle adsorptsioonitugevust [77]. Selle idee põhjal Yi et al. [78] teatasid lämmastikuvaesest mõnekihilisest boornitriidist (v-BN) väävelkatoodide põhimaterjalina (joonis 6 (a)). Uuringud on leidnud, et v-BN-i elektropositiivsed vabad kohad mitte ainult ei aita fikseerida ja muundada polüsulfiide, vaid kiirendavad ka liitiumioonide difusiooni ja migratsiooni. Võrreldes algse BN-ga on v-BN-põhise katoodi algvõimsus 0.1C juures suurem (1262 vs 775 mAh∙g-1) ja võimsuse vähenemise kiirus pärast 5{{24} }0 tsüklit 1C juures on ainult 0,084% tsükli kohta. Näitab head rattastabiilsust. Lisaks on He et al. [79] leidis, et O-doping võib veelgi parandada BN pinna keemilist polaarsust, indutseerida materjali moodustama suuremat eripinda ja samal ajal parandada sisemisi ja näivaid adsorptsiooniomadusi.
Joonis 6 (a) v-BN[ TEM-pilt ja skemaatiline aatomstruktuur78]; (b) g-C3N4/BN/grafeeni komposiit-ioonsõela skeem ja (c) vastav Li-S rakkude tsükliline jõudlus[80]; (d) BN/Celgardi/süsiniku kolmekihilise separaatori skemaatiline ja optiline kujutis ja (e) vastav rakutsükli jõudlus[83]; (f) Skeem ja (g) B4C@CNF SEM-kujutis ja B4C nanojuhtme mudel, (h) Li2S4 adsorptsioonienergiad B4C[ erinevatel tahkudel87]
Kuigi BN-materjalil on head keemilised adsorptsiooniomadused, ei soodusta selle halb juhtivus reaktiivse laengu ülekandmist. Seetõttu on juhtivate materjalidega komposiitstruktuuride projekteerimine oluline viis nende igakülgse adsorptsiooni ja katalüütilise jõudluse edasiseks parandamiseks. Seda silmas pidades on Deng et al. [80] konstrueeris liitium-väävelakude multifunktsionaalse vahekihina grafiidilaadsel süsiniknitriidil (g-C3N4), BN-l ja grafeenil põhineva liitioonsõela (joonis 6(b)). Nende hulgas võivad g-C3N4 struktuuris olevad 0,3 nm suurused järjestatud ioonikanalid tõhusalt blokeerida polüsulfiide ja võimaldada liitiumioonidel läbida. BN toimib reaktsioonikatalüsaatorina polüsulfiidide muundamise soodustamiseks ja grafeen toimib sisseehitatud voolukollektorina, et tagada suurepärane pikamaajuhtivus. . Tänu nende kolme kahemõõtmelise komponendi sünergilisele toimele suudab saadud aku stabiilselt töötada rohkem kui 500 tsüklit suure väävlisisaldusega 6 mg∙cm-2 ja kiirusega 1C (Joonis 6(c)). Lisaks on teadlased püüdnud lihtsamal ja otsesemal kujul kanda katoodi pinnale kaitsekihina õhukese kihi BN nanolehe/grafeeni komposiitkilet [81,82]. See pärsib tõhusalt liitiumpolüsulfiidi lahustumist ja difusiooni ning parandab oluliselt väävelkatoodi spetsiifilist mahtu ja tsükli stabiilsust. 1000 tsükli jooksul 3C juures on võimsuse sumbumise määr vaid 0,0037% tsükli kohta. Huvitaval kombel võttis Ungyu Paik'i uurimisrühm Hanyangi ülikoolis [83] vastu veel ühe ideekombinatsiooni, et ehitada BN/Celgard/süsiniku võileivastruktuuriga multifunktsionaalne separaator. Nagu on näidatud joonisel fig 6(d), on süsinikkiht ja BN-kiht kaetud vastavalt tavalise separaatori positiivsele ja negatiivsele elektroodi poolele. Nende hulgas võivad süsinikukiht ja BN-kiht ühiselt blokeerida liitiumpolüsulfiidi süstiku ja piirata selle difusiooni negatiivse elektroodi pinnale. Samal ajal piirab negatiivse elektroodi poolne BN kiht ka liitiumdendriitide kasvu. Tänu sellele ühisele kaitsemehhanismile on akul pärast 250 tsüklit 0,5 °C juures kõrge mahutavuse säilivusaste (76,6%) ja erimaht (780,7 mAh∙g-1). Oluliselt parem kui tavalised separaatorid ja puhta süsinikuga modifitseeritud separaatorid (joonis 6(e)).
Võrreldes N-ga on C-l madalam elektronegatiivsus, seega on elektronegatiivsuse erinevus B ja C vahel väike, mille tulemuseks on BC struktuuri nõrgem keemiline polaarsus võrreldes NC-ga. Kuid samal ajal paraneb elektronide delokalisatsioon BC struktuuris ja juhtivus on parem [84, 85]. Seetõttu on BC-l üldiselt BN-iga suhteliselt täiendavad füüsikalised ja keemilised omadused. Sellel on madal tihedus, suhteliselt hea juhtivus ja head katalüütilised omadused ning sellel on paljutõotavad kasutusvõimalused energiavaldkonnas [86]. Luo et al. [87] kasvatas boorkarbiidist nanotraate (B4C@CNF) in situ katoodi põhimaterjalina süsinikkiududele (joonis 6(f~h)). Nende hulgas adsorbeerib ja piirab B4C tõhusalt polüsulfiide BS-i sideme kaudu. Samal ajal aitab selle süsinikkiust juhtiv võrk adsorbeeritud väävli kiiresti muundada ja parandab reaktsiooni kineetikat. Saadud väävelkatoodi mahutavuse säilivus on 80% pärast 500 tsüklit ning see võib saavutada stabiilse tsükli kõrge väävlisisalduse (massiosa 70%) ja kandevõime (10,3 mg∙cm{) korral {16}}). Song jt. [88] konstrueerisid B4C ümber ülipiiratud väävli peremeesstruktuuri. Struktuur kasutab painduva maatriksina aktiveeritud poorset puuvillasest kangast süsinikku, aktiivse karkassina B4C nanokiude ja edasiseks katmiseks redutseeritud grafeenoksiidi. Ühendab tõhusalt füüsikalise ja keemilise suletuse, leevendab toimeainete kadu ja saavutab suurepärase tsükli stabiilsuse. Arvestades B4C häid adsorptsiooni ja katalüütilisi omadusi, jagas Zhao uurimisrühm [89] B4C nanoosakesi ühtlaselt süsinikkiudkangas, kasutades in situ katalüütilise abiga kasvumeetodit, et tõhusalt hajutada ja paljastada aktiivseid kohti. Saadud väävelkatoodi esialgne võimsus on kuni 1415 mAh∙g-1 (0,1 C) koormusel 3,0 mg∙cm-2 ja ülipikk eluiga 3000 tsüklit temperatuuril 1 °C. head rakendusväljavaated.
Eelnevast on näha, et mittemetallist boriidil on liitiumpolüsulfiidile hea adsorptsioon ja katalüütiline toime, kuid selle juhtivus on suhteliselt madal ning väävli elektrokeemilise reaktsiooni abistamiseks on siiski vaja juhtivat kandjat. Nende hulgas on külgnevate N- ja C-aatomite elektroonilise struktuuri erinevuse tõttu BN- ja BC-materjalidel oma eelised ja puudused juhtivuse ja liitiumpolüsulfiidiga koostoime osas. Seda silmas pidades saab seda tüüpi mittemetallist boriidi kasutada koos boorsulfiidi, boorfosfiidi, booroksiidi jms hea kandja ja platvormina kohaliku keemilise polaarse struktuuri ja adsorptsioonikatalüsaatori vahelise struktuuri ja aktiivsuse seose uurimiseks. võime. Eeldatakse, et edasine süstemaatiline korrelatsioon ja analüüs aitab mõista asjakohaseid mikroskoopilisi reaktsiooniprotsesse, reguleerida materjalide peenstruktuuri ja parandada akude elektrokeemilist jõudlust. Lisaks peab mittemetallide boriidide edasine rakendamine ja arendamine liitium-väävelakudes sõltuma nende valmistamise täiustamisest ja optimeerimisest. Töötada välja lihtsad ja pehmed ettevalmistustehnoloogiad, töötades samal ajal välja suurema sisejuhtivusega materjalistruktuure ja kavandades tõhusamaid komposiitmaterjale, et tasakaalustada ja võtta arvesse juhtivust, adsorptsiooni ja katalüütilisi mõjusid.
3 Järeldus
Kokkuvõtlikult võib öelda, et liitium-väävelpatareidel on nende mitmeelektroniliste ülekandereaktsioonide tõttu kõrge teoreetiline energiatihedus. Kuid nende konversioonireaktsiooni mehhanism ja aktiivsete materjalide nõrk juhtivus takistavad eeliste realiseerimist. Booripõhistel materjalidel on ainulaadsed füüsikalised ja keemilised omadused ning elektrokeemilised omadused. Nende sihipärane disain ja ratsionaalne rakendamine on tõhusad viisid liitium-väävelakude süstikuefekti leevendamiseks ning reaktsiooni kineetika ja pöörduvuse parandamiseks. Need on viimastel aastatel kiiresti arenenud. Booripõhiste materjalide uurimine ja rakendamine liitium-väävelpatareides on aga alles lapsekingades ning materjali struktuuri disain ja selle toimemehhanism aku elektrokeemilise reaktsiooni protsessis vajavad edasiarendamist ja uurimist. Kombineerides materjali omadusi ja ülaltoodud uurimistöö edenemist, usub autor, et liitium-väävelakude booripõhiste materjalide edasisel arendamisel tuleks pöörata rohkem tähelepanu järgmistele suundadele:
1) Materjali süntees. Sünteetiline valmistamine on ülalmainitud booripõhiste materjalide tavaline probleem. Kiiresti on vaja välja töötada lihtsamad, leebemad ja tõhusamad materjali ettevalmistamise meetodid, et luua materiaalne alus mehhanismide uurimisele ja rakenduste edendamisele. Nende hulgas on paljutõotav arengusuund amorfsete metallide boriidide valmistamine vedelfaasi redutseerimise meetodil. Samas võib booripõhiste materjalide valmistamiseks uusi ideid anda ka selle eeliste ja kogemuste ärakasutamine, solvotermilistel või sulasoola meetoditel põhinevate sünteesiteede uurimine ja arendamine. Lisaks tuleb boriidi valmistamise protsessis erilist tähelepanu pöörata nanostruktuuri juhtimisele ja projekteerimisele ning selle stabiilsusele, et vastata liitium-väävelakude liidese reaktsiooni karakteristikute vajadustele.
2) Mehhanismi uurimine. Booripõhistel materjalidel on ainulaadsed ja rikkalikud pinna keemilised omadused. Booripõhiste materjalide ja polüsulfiidide vaheliste peremees-külaliste interaktsioonide edasiseks uurimiseks tuleks kasutada in situ iseloomustusmeetodeid. Erilist tähelepanu tuleks pöörata pinna pöördumatule sulfatsioonile, iseelektrokeemilisele oksüdatsioonile ja redutseerimisele jne, et paljastada selle adsorptsiooni ja katalüütilise võime määravad struktuuritegurid ning anda teoreetilisi juhiseid ja alust materjalide sihipäraseks kavandamiseks ja arendamiseks. Lisaks tuleb esinduslike amorfsete metallide boriidide puhul pöörata erilist tähelepanu amorfsete ja kristalsete boriidide mikrostruktuuri ja sellega seotud füüsikaliste ja keemiliste omaduste erinevustele ning teha koostööd vastavate struktuurianalüüsi ja omaduste iseloomustamise analüüsi tehnoloogiate väljatöötamisega. Vältige amorfsete materjalide, liitiumpolüsulfiidi ja selle reaktsiooniprotsessi vahelise koostoime järeldamist üksnes kristalse struktuuri põhjal.
3) Tulemuslikkuse hindamine. Materjali ja aku hindamissüsteemi optimeerimiseks, suurendades samal ajal väävli pinnakoormust, tuleks rohkem tähelepanu pöörata selliste põhiparameetrite reguleerimisele nagu elektroodi paksus ja poorsus, et samaaegselt parandada elektroodi kvaliteeti ja mahulist energiatihedust. Lisaks on elektrokeemilised omadused madala elektrolüüdiannuse tingimustes (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.
Kokkuvõttes keskendub see artikkel booripõhistele materjalidele ja annab ülevaate boorfeeni, booriaatomiga legeeritud süsiniku, metalliboriidide ja mittemetallide boriidide uurimisest liitium-väävelakusüsteemides. Loodan, et see võib pakkuda kolleegidele viiteid ja inspiratsiooni, laiendada booripõhiste materjalide väljatöötamist ja rakendamist uue energia valdkonnas ning edendada liitium-väävelakude praktilist arendamist.
Viited
[1] DUNN B, KAMATH H, TARASCON J M. Elektrienergia salvestamine võrgule: valikute aku. Science, 2011, 334(6058):928-935.
[2] ARICO AS, BRUCE P, SCROSATI B jt. Nanostruktureeritud materjalid täiustatud energia muundamise ja salvestusseadmete jaoks. Nature Materials, 2005, 4(5):366-377.
[3] LIANG YR, ZHAO CZ, YUAN H jt. Kaasaskantavate elektroonikaseadmete laetavate akude ülevaade. InfoMat, 2019, 1(1):6-32.
[4] GOODENOUGH JB, PARK K S. Liitiumioonaku: perspektiiv. Journal of the American Chemical Society, 2013, 135(4):1167-1176.
[5] TARASCON JM, ARMAND M. Taaslaetavate liitiumakudega seotud probleemid ja väljakutsed. Loodus, 2011, 414:171-179.
[6] JIN GY, HE HC, WU J jt. Koobaltiga legeeritud õõnes süsinikkarkass liitiumväävelpatarei katoodi väävliallikana. Journal of Inorganic Materials, 2021, 36(2):203-209.
[7] FANG R, ZHAO SY, SUN ZH jt. Usaldusväärsemad liitium-väävelakud: olukord, lahendused ja väljavaated. Täiustatud materjalid, 2017, 29 (48): 1606823.
[8] HU JJ, LI GR, GAO X P. Liitium-väävelakude praegune seis, probleemid ja väljakutsed. Journal of Inorganic Materials, 2013, 28(11):1181-1186.
[9] LI GR, WANG S, ZHANG YN jt. Polüsulfiidide rolli uuesti läbivaatamine liitium-väävelpatareides. Täiustatud materjalid, 2018, 30 (22): 1705590.
[10] PENG HJ, HUANG JQ, ZHANG Q. Painduvate liitium-väävel- ja analoogsete leelismetalli-kalkogeeni laetavate akude ülevaade. Chemical Society Reviews, 2017, 46(17):5237-5288.
[11] JANA M, XU R, CHENG XB jt. Liitium-väävelakude kahemõõtmeliste nanomaterjalide ratsionaalne disain. Energy & Environmental Science, 2020, 13(4):1049-1075.
[12] HE JR, MANTHIRAM A. Ülevaade liitium-väävelakude elektrokatalüsaatorite oleku ja väljakutsete kohta. Energia salvestamise materjalid, 2019, 20:55-70.
[13] SEH ZW, SUN YM, ZHANG QF jt. Kõrge energiatarbega liitium-väävelakude projekteerimine. Chemical Society Reviews, 2016, 45(20):5605-5634.
[14] JI XL, EVERS S, BLACK R jt. Liitium-väävelkatoodide stabiliseerimine polüsulfiidreservuaaride abil. Nature Communications, 2011, 2:325.
[15] ZHANG Z, KONG LL, LIU S jt. Suure tõhususega väävli/süsiniku komposiit, mis põhineb liitium-väävelaku katoodiks 3D-grafeeni nanosheet@süsinik-nanotoru maatriksil. Advanced Energy Materials, 2017,7(11):1602543.
[16] XU WC, PAN XX, MENG X jt. Juhtiv väävlit sisaldav materjal, mis sisaldab ülipeeneid vanaadiumnitriidi nanoosakesi suure jõudlusega liitium-väävelaku jaoks. Electrochimica Acta, 2020, 331: 135287.
[17] LIU YT, LIU S, LI GR jt. Suure mahulise energiatihedusega väävelkatood koos raske ja katalüütilise metalloksiidiga liitium-väävelaku jaoks. Advanced Science, 2020, 7(12):1903693.
[18] CHEN HH, XIAO YW, CHEN C jt. Juhtiv MOF modifitseeritud separaator liitiumväävelaku süstikuefekti leevendamiseks filtreerimismeetodi abil. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11(12):11459-11465.
[19] YOO J, CHO SJ, JUNG GY jt. COF-võrk CNT-võrgul kui molekulaarselt kujundatud hierarhiline poorne keemiline lõks liitium-väävelakude polüsulfiidide jaoks. Nano Letters, 2016, 16(5):3292-3300.
[20] HU Y, LIU C. 1,2-migratsiooni sisseviimine boororgaaniliste ühendite jaoks. Ülikooli keemia, 2019, 34(12):39-44.
[21] SOREN KM, SUNING W. Booripõhised stiimulitele reageerivad materjalid. Chemical Society Reviews, 2019, 48(13):3537-3549.
[22] HUANG ZG, WANG SN, DEWHURST RD jt. Boor: selle roll energiaga seotud protsessides ja rakendustes. Angewandte Chemie International Edition, 2020, 59(23):8800-8816.
[23] ZHU YH, GAO SM, HOSMANE N S. Booriga rikastatud täiustatud energiamaterjalid. Inorganica Chimica Acta, 2017, 471:577-586.
[24]KHAN K, TAREEN AK, ASLAM M jt. 2D-borofeeni kseenide süntees, omadused ja uudsed elektrokatalüütilised rakendused. Tahkiskeemia edusammud, 2020, 59:100283.
[25] RAO DW, LIU XJ, YANG H jt. Liideste konkurents boorfeenil põhineva katoodi ja elektrolüüdi vahel liitiumväävelaku mitme sulfiidi immobiliseerimiseks. Journal of Materials Chemistry A, 2019, 7(12):7092-7098.
[26] JIANG HR, SHYY W, LIU M jt. Borofeen ja defektne borofeen kui liitium-väävelakude potentsiaalsed ankurdusmaterjalid: esimeste põhimõtete uuring. Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6(5):2107-2114.
[27] ZHANG CY, HE Q, CHU W jt. Siirdemetallidega legeeritud borofeen-grafeeni heterostruktuur tugevaks polüsulfiid-ankurdamiseks: esimene põhiuuring. Rakenduslik pinnateadus, 2020, 534: 147575.
[28] ZHANG L, LIANG P, SHU HB jt. Borofeen kui liitium-väävelakude tõhusad väävlialused: surub maha süstikuefekti ja parandab juhtivust. Journal of Physical Chemistry C, 2017, 121 (29):15549-15555.
[29] GRIXTI S, MUKHERJEE S, SINGH C V. Kahemõõtmeline boor kui muljetavaldav liitium-väävelaku katoodmaterjal. Energia salvestamise materjalid, 2018, 13:80-87.
[30] MANNIX AJ, ZHOU XF, KIRALY B jt. Borofeenide süntees: anisotroopsed, kahemõõtmelised boori polümorfid. Science, 2015, 350(6267):1513-1516.
[31] FENG BJ, ZHANG J, ZHONG Q jt. Kahemõõtmeliste boorlehtede eksperimentaalne teostus. Nature Chemistry, 2016, 8(6):564-569.
[32] PARAKNOWITSCH JP, THOMAS A. Lämmastikuga hõlmatud süsiniku lisamine: ülevaade täiustatud heteroaatomitest boori, väävli ja fosforiga legeeritud süsinikudest energiarakendustes. Energy & Environmental Science, 2013, 6(10):2839-2855.
[33] WANG HB, MAIYALAGAN T, WANG X. Ülevaade hiljutistest edusammudest lämmastikuga legeeritud grafeeni vallas: süntees, iseloomustus ja selle võimalikud rakendused. ACS Catalysis, 2012, 2(5):781-794.
[34] XIE Y, MENG Z, CAI TW jt. Boori dopingu mõju liitiumväävelaku katoodina kasutatavale grafeeni aerogeelile. ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7(45):25202-25210.
[35] SHI PC, WANG Y, LIANG X jt. Samaaegselt kooritud booriga legeeritud grafeenilehed väävli kapseldamiseks kasutamiseks liitium-väävelakudes. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2018, 6(8):9661-9670.
[36] YANG LJ, JIANG SJ, ZHAO Y jt. Booriga legeeritud süsinik-nanotorud kui metallivabad elektrokatalüsaatorid hapniku redutseerimise reaktsiooniks. Angewandte Chemie International Edition, 2011, 50(31):7132-7135.
[37] AI W, LI JW, DU ZZ jt. Polüsulfiidide topeltkinnitus booriga legeeritud poorsesse süsinikukera/grafeeni hübriidi täiustatud Li-S akudele. Nano Research, 2018, 11(9):4562-4573.
[38] YANG CP, YIN YX, YE H jt. Ülevaade boori dopingu mõjust liitium-väävelakude väävli/süsinikkatoodile. ACS Applied Materials & Interfaces, 2014, 6(11):8789-8795.
[39] XU CX, ZHOU HH, FU CP jt. Booriga legeeritud tõmblukuta süsiniknanotorude/väävlikomposiidi hüdrotermiline süntees suure jõudlusega liitium-väävelakude jaoks. Electrochimica Acta, 2017, 232:156-163.
[40] HAN P, MANTHIRAM A. Boori ja lämmastikuga legeeritud redutseeritud grafeenoksiidiga kaetud separaatorid suure jõudlusega Li-S akudele. Journal of Power Sources, 2017, 369:87-94.
[41] HOU TZ, CHEN X, PENG HJ jt. Heteroaatomiga legeeritud nanosüsiniku projekteerimispõhimõtted, et saavutada liitium-väävelakude polüsulfiidide tugev ankurdamine. Väike, 2016, 12(24):3283-3291.
[42] XIONG DG, ZHANG Z, HUANG XY jt. Polüsulfiidikindluse suurendamine B/N-kodeeritud hierarhiliselt poorsetes süsiniknanolehtedes Lewise happe-aluse interaktsiooni kaudu stabiilsete Li-S akude jaoks. Journal of Energy Chemistry, 2020, 51:90-100.
[43] YUAN SY, BAO JL, WANG LN jt. Grafeeniga toetatud lämmastiku- ja booririkas süsinikukiht liitium-väävelakude paremaks jõudluseks tänu liitiumpolüsulfiidide täiustatud kemisorptsioonile. Advanced Energy Materials, 2016,6(5):1501733.
[44] CHEN L, FENG JR, ZHOU HH jt. Lämmastiku ja booriga koos legeeritud kõverate grafeeni nanoribade hüdrotermiline valmistamine suure dopandisisaldusega suure jõudlusega liitiumväävelaku katoodide jaoks. Journal of Materials Chemistry A, 2017, 5(16):7403-7415.
[45] JIN CB, ZHANG WK, ZHUANG ZZ jt. Täiustatud sulfiidi kemisorptsioon, kasutades täiustatud liitium-väävelakude jaoks boori ja hapniku kahekordselt legeeritud mitme seinaga süsinik-nanotorusid. Journal of Materials Chemistry A, 2017, 5(2):632-640.
[46] ULLAH S, DENIS PA, SATO F. Naatriumi ja kaaliumi adsorptsioonienergia ebatavaline suurendamine väävli-lämmastiku ja räni-boori kodeeritud grafeenis. ACS Omega, 2018, 3(11):15821-15828.
[47] ZHANG Z, XIONG DG, SHAO AH jt. Metallilise koobalti ja N/B heteroaatomite integreerimine poorseteks süsiniku nanolehtedeks tõhusa väävli immobilisaatorina liitiumväävelakude jaoks. Süsinik, 2020, 167:918-929.
[48] WANG P, KUMAR R, SANKARAN EM jt. Kõrgsurvel sünteesitud vanaadiumdiboriid (VB2): elastsed, mehaanilised, elektroonilised ja magnetilised omadused ning termiline stabiilsus. Anorgaaniline keemia, 2018, 57(3):1096-1105.
[49] HE GJ, LING M, HAN XY jt. Iseseisvad südamiku-kest struktuuriga elektroodid suure jõudlusega superkondensaatorite jaoks. Energia salvestamise materjalid, 2017, 9:119-125.
[50] WANG CC, AKBAR SA, CHEN W jt. Kõrgtemperatuuriliste oksiidide, boriidide, karbiidide ja nitriidide elektrilised omadused. Journal of Materials Science, 1995, 30(7):1627-1641.
[51] XIAO ZB, YANG Z, ZHANG LJ jt. Sandwich-tüüpi NbS2@S@I legeeritud grafeen suure väävlisisaldusega, ülikõrge kiirusega ja pika tööeaga liitiumakudele. ACS Nano, 2017, 11(8):8488-8498.
[52] WANG LJ, LIU FH, ZHAO BY jt. MoS2 nanolehtedega täidetud süsinik-nanokausid kui superkondensaatorite elektroodid. ACS Applied Nano Materials, 2020, 3(7):6448-6459.
[53] BALACH J, LINNEMANN J, JAUMANN T jt. Metallipõhised nanostruktureeritud materjalid täiustatud liitium-väävelakudele. Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6 (46):23127-23168.
[54] BEN-DOR L, SHIMONY Y. Puhta ja NiO-ga legeeritud MoO2 ja WO2 kristallstruktuur, magnetiline vastuvõtlikkus ja elektrijuhtivus. Materjaliuuringute bülletään, 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 jt. Nb-põhised oksiidid liitiumioonakude anoodimaterjalina. Progress in Chemistry, 2015, 27 (2/3):297-309.
[57] TAO Q, MA SL, CUI T jt. Funktsionaalsete siirdemetalliboriidide struktuurid ja omadused. Acta Physica Sinica, 2017, 66 (3): 036103.
[58] SHEN YF, XU C, HUANG M jt. Booriklastrite, boraani ja metalliga legeeritud booriühendite uurimise edusammud. Progress in Chemistry, 2016, 28(11):1601-1614.
[59] GUPTA S, PATEL MK, MIOTELLO A jt. Metallboriidipõhised katalüsaatorid elektrokeemiliseks vee jagamiseks: ülevaade. Täiustatud funktsionaalsed materjalid, 2020, 30 (1): 1906481.
[60] WU F, WU C. Uued sekundaarpatareid ja nende võtmematerjalid, mis põhinevad mitmeelektronilise reaktsiooni kontseptsioonil. Hiina teadusbülletään, 2014, 59(27):3369-3376.
[61] GUAN B, FAN LS, WU X jt. Amorfse koobaltboriid (Co2B)@grafeenkomposiitkatoodi lihtne süntees ja täiustatud liitium-väävelaku jõudlus. Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6 (47):24045-24049.
[62] GUAN B, ZHANG Y, FAN LS jt. Polüsulfiidi blokeerimine Co2B@CNT-ga "sünergeetilise adsorptsiooniefekti" kaudu ülikiire võime ja tugeva liitium-väävelaku suunas. ACS Nano, 2019, 13(6):6742-6750.
[63] GUAN B, SUN X, ZHANG Y jt. Pindadevahelise elektroonilise interaktsiooni avastamine koobaltboriid@MXene'is suure jõudlusega liitium-väävelakude jaoks. Chinese Chemical Letters, 2020, 32(7):2249-2253.
[64] BASU B, RAJU GSURI A. Monoliitsete TiB2-põhiste materjalide töötlemine ja omadused. International Materials Reviews, 2006, 51(6):352-374.
[65] LI CC, LIU XB, ZHU L jt. Juhtiv ja polaarne titaanboriid täiustatud liitium-väävelakude väävliallikana. Materjalide keemia, 2018, 30(20):6969-6977.
[66] LI ZJ, JIANG HR, LAI NC jt. Tõhusa lahusti-katalüsaatori liidese projekteerimine väävli katalüütiliseks muundamiseks liitium-väävelakudes. mistry of Materials, 2019, 31(24):10186-10196.
[67] JIN LM, NI J, SHEN C jt. Metalliliselt juhtiv TiB2 kui multifunktsionaalne separaatori modifikaator täiustatud liitiumväävelakudele. Journal of Power Sources, 2020, 448: 227336.
[68] WU R, XU HK, ZHAO YW jt. Borofeenitaoliste boori subühikutega sisestatud MoB2 molübdeenkarkass võimaldab stabiilseid ja kiiresti toimivaid Li2S{6}}-põhiseid liitiumväävelakusid. Energia salvestamise materjalid, 2020, 32:216-224.
[69] HE JR, BHARGAV A, MANTHIRAM A. Molübdeenboriid kui tõhus polüsulfiid-redoks-redoks-katalüsaator, et võimaldada kõrge energiatihedusega liitiumväävelakusid. Täiustatud materjalid, 2020, 32 (40): 2004741.
[70] PANG Q, KWOK CY, KUNDU D jt. Kerge metallist MgB2 vahendab polüsulfiid-redoksi ja lubab suure energiatihedusega liitium-väävelakusid. Joule, 2019, 3(1):136-148.
[71] YU TT, GAO PF, ZHANG Y jt. Boorfosfiidi monokiht kui liitium-väävelpatareide potentsiaalne ankurdusmaterjal: esimeste põhimõtete uuring. Rakenduslik pinnateadus, 2019 486:281-286.
[72] JANA S, THOMAS S, LEE CH jt. B3S monokiht: liitiumioonakude suure jõudlusega anoodimaterjali ennustamine. Journal of Materials Chemistry A, 2019, 7(20):12706-12712.
[73] SUN C, HAI CX, ZHOU Y jt. Väga katalüütiline boornitriid-nanokiud in situ, mida on kasvatatud eeltöödeldud ketjenblack'il katoodina liitium-väävelakude parema jõudluse tagamiseks. ACS Applied Energy Materials, 2020, 3(11):10841-10853.
[74] ARENAL R, LOPEZ BEZANILLA A. Boornitriidmaterjalid: ülevaade 0D kuni 3D (nano)struktuurideni. Wiley Interdisciplinary Reviews-Computational Molecular Science, 2015, 5(4):299-309.
[75] JIANG XF, WENG QH, WANG XB jt. Hiljutised edusammud boornitriidi nanomaterjalide valmistamisel ja rakendustel: ülevaade. Journal of Materials Science and Technology, 2015, 31(6):589-598.
[76] PRAKASH A, NEHATE SD, SUNDARAM K B. Boor-süsiniknitriidil põhinevad metall-isolaator-metall UV-detektorid karmides tingimustes kasutamiseks. Optics Letters, 2016, 41(18):4249-4252.
[77] ZHAO YM, YANG L, ZHAO JX jt. Kuidas muuta inertsed boornitriidi nanolehed aktiivseks liitium-väävelakude polüsulfiidide immobiliseerimiseks: arvutuslik uuring. Füüsikaline keemia Chemical Physics, 2017, 19(28):18208-18216.
[78] YI YK, LI HP, CHANG HH jt. Mõnekihiline boornitriid koos konstrueeritud lämmastikuga vabade töökohtadega polüsulfiidi muundamiseks liitium-väävelakude katoodmaatriksiks. Keemia, 2019, 25 (34):8112-8117.
[79] HE B, LI WC, ZHANG Y jt. Paragenesis BN/CNT hübriid monokliinilise väävli peremehena suure kiirusega ja ülipika elueaga liitiumväävelaku jaoks. Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6 (47):24194-24200.
[80] DENG DR, BAI CD, XUE F jt. Multifunktsionaalne ioonsõel, mis on valmistatud 2D materjalidest Li-S akude vahekihina. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11(12):11474-11480.
[81] SUN K, GUO PQ, SHANG XN jt. Mesopoorsed boor-süsiniknitriidi/grafeeni modifitseeritud separaatorid tõhusa polüsulfiidibarjäärina ülistabiilsete liitium-väävelakude jaoks. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2019, 842:34-40.
[82] FAN Y, YANG Z, HUA WX jt. Funktsionaliseeritud boornitriidi nanolehed/grafeeni vahekiht kiirete ja kauakestvate liitium-väävelakude jaoks. Advanced Energy Materials, 2017,7(13):1602380.
[83] KIM PJH, SEO J, FU K jt. BN-süsiniseparaatori sünergistlik kaitseefekt ülistabiilse liitiumväävelaku jaoks. NPG Aasia materjalid, 2017, 9 (4): e375.
[84] PRAMANICK A, DEY PP, DAS P K. WEDM-iga töödeldud sädeplasma paagutatud boorkarbiidi mikrostruktuuri, faasi ja elektrijuhtivuse analüüsid. Ceramics International, 2020, 46(3):2887-2894.
[85] YEGANEH M, SARAF HH, KAFI F jt. Grafeenitaolise boorkarbiidi vibratsiooniliste, elektrooniliste ja optiliste omaduste uurimise esimesed põhimõtted. Solid State Communications, 2020, 305: 113750.
[86] CHANG YK, SUN XH, MA MD jt. Kõvade keraamiliste materjalide B4C kasutamine energiasalvestamisel: kujundage B4C@C südamiku ja kesta nanoosakesed elektroodidena ülikõrge tsüklilisusega paindlike tahkis-mikrosuperkondensaatorite jaoks. Nano Energy, 2020, 75:104947.
[87] LUO L, CHUNG SH, ASL HY jt. Pikaealised liitium-väävelakud bifunktsionaalse katoodsubstraadiga, mis on konfigureeritud boorkarbiidi nanojuhtmetega. Täiustatud materjalid, 2018, 30 (39): 1804149.
[88] SONG NN, GAO Z, ZHANG YY jt. B4C nanoskeleti toega, paindlikud liitium-väävelakud. Nano Energy, 2019, 58:30-39.
[89] ZHANG RH, CHI C, WU MC jt. Pikaealine Li-S aku, mida võimaldab katood, mis on valmistatud hästi jaotatud B4C nanoosakestest ja kaunistatud aktiveeritud puuvillakiududega. Journal of Power Sources, 2020, 451: 227751.
