Недавний прогресс в использовании материалов на основе бора в литий-серных батареях
Автор:Ли Гаоран, Ли Хунъян, Цзэн Хайбо
Ключевая лаборатория МИИТ передовых материалов и устройств для отображения, Институт нанооптоэлектронных материалов, Школа материаловедения и инженерии, Нанкинский университет науки и технологий, Нанкин 210094
Абстрактный
Литий-серные (Li-S) батареи играют решающую роль в разработке технологий электрохимического хранения энергии следующего поколения благодаря своей высокой плотности энергии и низкой стоимости. Однако их практическое применение по-прежнему сдерживается медленной кинетикой и малой обратимостью реакций конверсии, что обусловливает относительно низкую практическую емкость, кулоновскую неэффективность и циклическую нестабильность. В этом отношении рациональный дизайн проводящих, адсорбционных и каталитических функциональных материалов представляет собой важный путь стабилизации и продвижения электрохимии серы. Обладая уникальной атомной и электронной структурой бора, материалы на его основе демонстрируют разнообразные и настраиваемые физические, химические и электрохимические свойства и привлекли широкое внимание исследователей в Li-S батареях. В этой статье рассматривается недавний прогресс исследований материалов на основе бора, включая борофен, углерод, легированный атомами бора, бориды металлов и бориды неметаллов в Li-S батареях, делается вывод об остающихся проблемах и предлагаются перспективы дальнейшего развития.
Ключевые слова:литий-серная батарея, борид, химическое легирование, борофен, челночный эффект, обзор
Развитие зеленой возобновляемой энергетики, разработка передовых методов преобразования и хранения энергии, а также создание эффективной и чистой энергетической системы являются неизбежным выбором для борьбы с энергетическим кризисом и изменением климата в современном мире. Технология электрохимического хранения энергии, представленная батареями, может преобразовывать и хранить новую чистую энергию и использовать ее в более эффективной и удобной форме, играя важную роль в продвижении зеленой энергетической экономики и устойчивого развития [1,2]. Среди многих аккумуляторных технологий литий-ионные аккумуляторы обладают преимуществами высокой плотности энергии и отсутствия эффекта памяти. Он достиг быстрого развития с момента его коммерциализации в 1991 году и широко использовался в электромобилях, портативных электронных устройствах, национальной обороне и других областях [3,4]. Однако из-за постоянного развития электрооборудования традиционные литий-ионные батареи не могут удовлетворить растущий спрос на энергию. На этом фоне литий-серные аккумуляторы привлекли широкое внимание благодаря своей высокой теоретической удельной емкости (1675 мАч·г-1) и плотности энергии (2600 Втч∙кг-1). В то же время ресурсы серы богаты, широко распространены, недороги и экологически безопасны, что делает литий-серные батареи горячей точкой для исследований в области новых вторичных батарей в последние годы [5,6].
1 Принцип работы и существующие проблемы литий-серных аккумуляторов
В литий-серных батареях обычно используется элементарная сера в качестве положительного электрода и металлический литий в качестве отрицательного электрода. Базовая конструкция батареи показана на рисунке 1(а). Электрохимическая реакция представляет собой многоступенчатый процесс конверсии, включающий множественный перенос электронов, сопровождающийся фазовым переходом твердое тело-жидкость и серией промежуточных продуктов полисульфида лития (рис. 1(b)) [7,8]. Среди них элементарная сера и короткоцепочечный Li2S2/Li2S, находящиеся на обоих концах реакционной цепи, нерастворимы в электролите и существуют в виде осадков на поверхности электрода. Полисульфид лития с длинной цепью (Li2Sx, 4 Меньше или равен x Меньше или равен 8) имеет более высокую растворимость и способность к миграции в электролите. Основываясь на внутренних свойствах электродных материалов и механизме реакции фазового превращения твердого тела в жидкость, литий-серные батареи обладают энергетическими и стоимостными преимуществами, но они также сталкиваются со многими проблемами и проблемами [9,10,11,12]:
Рис. 1 Принципиальная схема (а) конфигурации литий-серной батареи и (б) соответствующего процесса заряда-разряда [7]
1) Твердофазная элементарная сера и Li2S накапливаются на поверхности электрода, а их собственная инерция электронов и ионов приводит к затруднению передачи заряда и замедлению кинетики реакций, тем самым снижая степень использования активных материалов и фактическую емкость аккумулятора.
2) Существует большая разница плотностей серы и Li2S на обоих концах реакционной цепи (2,07 против 1,66 г∙см-3). В процессе реакции объем материала изменяется до 80%, а механическая структурная стабильность электрода сталкивается с огромными проблемами.
3) Растворение и миграция полисульфида лития в электролите вызывают сильный «челночный эффект», приводящий к серьезным потерям активного материала и кулоновским потерям. Кроме того, полисульфид лития участвует в химических/электрохимических побочных реакциях на поверхности анода, что не только вызывает дальнейшую потерю активных материалов, но также пассивирует и разъедает поверхность анода, усугубляет образование и рост дендритов лития и увеличивает риски для безопасности.
Эти проблемы взаимосвязаны и влияют друг на друга, что значительно увеличивает сложность аккумуляторной системы, затрудняя соответствие нынешним литий-серным батареям потребностям практического применения с точки зрения использования активного материала, фактической плотности энергии, стабильности цикла и безопасности. . Из анализа вышеизложенных проблем видно, что разумное управление процессом электрохимической реакции серы является единственным способом повышения производительности литий-серных аккумуляторов. Как добиться эффективного управления и улучшения электрохимии серы, зависит от целевого проектирования, разработки и применения передовых функциональных материалов. Среди них наиболее представительной стратегией является разработка функциональных материалов с проводящими, адсорбционными и каталитическими свойствами в качестве носителей серных катодов или модифицированных сепараторов. Благодаря физическому и химическому взаимодействию с полисульфидом лития активный материал удерживается в области положительного электрода, препятствуя растворению и диффузии и способствуя его электрохимическому превращению. Тем самым смягчается челночный эффект и повышается энергоэффективность и циклическая стабильность батареи [13,14]. Основываясь на этой идее, исследователи целенаправленно разработали различные типы функциональных материалов, включая углеродные материалы, проводящие полимеры, металлоорганические каркасы, оксиды/сульфиды/нитриды металлов и т.д. Были достигнуты хорошие результаты [15,16,17, 18,19].
2 Применение материалов на основе бора в литий-серных аккумуляторах
Бор – самый мелкий металлоидный элемент. Его небольшой атомный радиус и большая электроотрицательность позволяют легко образовывать металлические ковалентные соединения. Атомы бора имеют типичную электронодефицитную структуру, а их валентная электронная конфигурация 2s22p1. Они могут делиться одним или несколькими электронами с другими атомами посредством различных форм гибридизации с образованием многоцентровых связей [20,21]. Эти характеристики делают структуру борида легко настраиваемой, демонстрируя уникальные и богатые химические и физические свойства, и могут широко использоваться во многих областях, таких как легкая промышленность, строительные материалы, национальная оборона, энергетика и т. д. [22,23]. Для сравнения, исследования материалов на основе бора в литий-серных батареях все еще находятся в зачаточном состоянии. В последние годы нанотехнологии и методы определения характеристик продолжают развиваться, а структурные характеристики материалов на основе бора постоянно исследуются и развиваются, в результате чего также начинают появляться их целевые исследования и применение в системах литий-сера. В связи с этим в данной статье основное внимание уделяется типичным материалам на основе бора, таким как борофен, углерод, легированный атомами бора, бориды металлов и бориды неметаллов. В этой статье рассматриваются последние достижения в области исследований литий-серных батарей, обобщаются существующие проблемы и рассматриваются будущие направления развития.
2.1 Борен
Как очень представительный аллотроп среди элементов бора, борофен имеет двумерную структуру толщиной в один атом, аналогичную графену. По сравнению с объемным элементом бора он демонстрирует превосходные электрические, механические и термические свойства и является восходящей звездой в области двумерных материалов [24]. Благодаря топологическим различиям в расположении атомов бора борофен обладает богатой кристаллической структурой и электронными свойствами, а также анизотропными проводящими свойствами. Как видно из рисунка 2 (а, б), электроны в борофене имеют тенденцию концентрироваться на вершине атомов бора, и эти области электронной поляризации имеют более высокую связывающую активность. Ожидается, что он обеспечит хорошие места химической адсорбции полисульфидов в системах литий-серных аккумуляторов [25]. В то же время пленка борофена обладает хорошей электропроводностью, физической и химической стабильностью, поэтому имеет хороший потенциал применения в литий-серных батареях.
Рис. 2 (а) Структурные модели различных борофенов и соответствующие им распределения зарядовой плотности, (б) энергии адсорбции полисульфидов на различных борофенах25]
Цзян и др. [26] посредством теоретических расчетов обнаружили, что борофен проявляет сильную адсорбционную способность к полисульфиду лития. Однако это сильное взаимодействие также может легко вызвать разложение кластеров Li-S, что приведет к потере серы, активного материала. Для сравнения, поверхность борофена с собственной дефектной структурой мягче адсорбирует полисульфид лития [27], что позволяет ограничить челночное поведение, избегая при этом распада и разрушения кольцевой структуры. Ожидается, что он станет более подходящим адсорбционным материалом на основе полисульфида лития. В то же время результаты зонного анализа адсорбционной структуры полисульфида борофен-лития показывают, что адсорбционные кластеры являются металлическими, что обусловлено главным образом собственными металлическими характеристиками бора и его сильной силой электроакустического взаимодействия. Ожидается, что это поможет процессу электрохимической конверсии серы улучшить кинетику реакции [28]. Кроме того, Grixti et al. В работе [29] моделировался процесс диффузии молекул полисульфида лития на поверхности 12-борена. Было обнаружено, что 12-борен проявляет сильную адсорбцию на ряде полисульфидов лития. Наименьшие диффузионные энергетические барьеры молекул Li2S6 и Li2S4 в направлении кресла составляют 0,99 и 0,61 эВ соответственно, что легче, чем диффузия в зигзагообразном направлении. Благодаря своей хорошей адсорбционной способности и умеренному диффузионному энергетическому барьеру 12-борен считается отличным адсорбционным материалом на основе полисульфида лития, который, как ожидается, будет подавлять челночный эффект в литий-серных батареях и улучшать обратимость электрохимических реакций серы.
Однако большая часть текущих исследований по разбавлению бора в литий-серных батареях все еще остается на стадии теоретического предсказания, а экспериментальные подтверждения встречаются редко. В основном это связано со сложностью приготовления разбавленного бора. Существование бора было предсказано в 1990-е годы, но фактически оно было получено только в 2015 году [30]. Частично причина может заключаться в том, что бор имеет только три валентных электрона и ему необходимо сформировать каркасную структуру, чтобы компенсировать недостающие электроны, что упрощает формирование трехмерной, а не двумерной структуры. В настоящее время для получения бора обычно используются такие технологии, как молекулярно-лучевая эпитаксия, высокий вакуум, высокая температура и другие условия, а порог синтеза высок [31]. Поэтому необходимо разработать более простой и эффективный метод синтеза разбавленного бора, а также в дальнейшем экспериментально изучить и продемонстрировать его эффект и связанные с ним механизмы в литий-серных батареях.
2.2. Углерод, легированный атомами бора
Химически легированные углеродные материалы являются горячими материалами в области исследований в области новой энергетики. Соответствующее легирование элементами может сохранить преимущества углеродных материалов, такие как легкий вес и высокая проводимость, придавая им дополнительные физические и химические свойства для адаптации к различным сценариям применения [32,33]. Химически легированные углеродные материалы широко изучались в литий-серных батареях [34,35], среди которых более распространено легирование высокоэлектроотрицательными атомами, такими как атомы азота. Напротив, бор имеет электронодефицитную структуру и менее электроотрицательен, чем углерод. Он становится электроположительным после включения в углеродную решетку. Ожидается, что он окажет хороший адсорбционный эффект на отрицательно заряженные полисульфид-анионы, тем самым облегчая челночный эффект [36,37].
Ян и др. [38] использовали пористый углерод, легированный бором, в качестве основного материала серного катода и обнаружили, что легирование бором не только улучшает электронную проводимость углеродного материала, но также вызывает положительную поляризацию углеродной матрицы. Отрицательно заряженные полисульфид-ионы эффективно адсорбируются и закрепляются посредством электростатической адсорбции и взаимодействия Льюиса, тем самым ингибируя их растворение и диффузию (рис. 3(а, б)). Таким образом, серный катод на основе пористого углерода, легированного бором, демонстрирует более высокую начальную емкость и более стабильные циклические характеристики, чем образцы из чистого углерода и легированного азотом. Сюй и др. [39] получили композитный катодный материал из углеродных нанотрубок и серы, легированный атомами бора, гидротермальным однореакторным методом. Жидкофазный синтез in-situ обеспечивает более равномерное распределение серы в композите, а легирование бором придает материалу-хозяину на основе углерода более высокую электропроводность и более сильную способность связывать серу. Полученный электрод BUCNTs/S имел начальную емкость 1251 мАч∙г-1 при 0.2C и все еще мог сохранять емкость 750 мАч∙г-1 после 400 циклов. Помимо серных катодов, важную роль в разработке функциональных сепараторов аккумуляторов также играют углеродные материалы, легированные бором. Хан и др. [40] нанесли легкий графен, легированный бором, на традиционный сепаратор для создания слоя функциональной модификации, используя его адсорбцию и повторное использование полисульфидов для эффективного смягчения челночного эффекта и повышения степени использования активных материалов.
Рис. 3 (а) Схема углеродного остова, легированного B, (б) РФЭС S2p-спектры серных композитов на основе пористого углерода, легированного различными элементами; (в) схема процесса заряда-разряда композита NBCGN/S, (г) циклирование при 0.2C и (д) скоростные характеристики серных электродов на основе различных элементов, легированных изогнутыми графеновыми нанолентами [44]
Учитывая основные свойства различных легирующих элементов и их различные способы действия в структуре углеродной решетки, многоэлементное солегирование является одной из важных стратегий регулирования химии поверхности углеродных материалов и улучшения электрохимических реакций серы [41, 42, 43]. В связи с этим исследовательская группа Куанга [44] впервые синтезировала графеновые наноленты, легированные азотом и бором (NBCGN), с помощью гидротермального метода в качестве основного материала для серного катода, как показано на рисунке 3 (c). Исследование показало, что синергетический эффект совместного легирования азотом и бором не только побуждает NBCGN получать большую удельную поверхность, объем пор и более высокую проводимость, но также помогает равномерно распределять серу в катоде. Что еще более важно, бор и азот действуют как электронодефицитные и богатые электронами центры в солегированной системе. Он может быть связан с Sx2- и Li+ соответственно посредством взаимодействий Льюиса, тем самым более эффективно адсорбируя полисульфид лития и значительно улучшая циклические и скоростные характеристики батареи (рис. 3(d, e)). Основан на схожих стратегиях легирования элементами с высокой и низкой электроотрицательностью. Джин и др. [45] приготовили исходные материалы для многостенных углеродных нанотрубок, легированные бором и кислородом, используя борную кислоту в качестве легирующей добавки. Полученная батарея по-прежнему сохраняет удельную емкость 937 мАч∙г-1 после 100 циклов, что значительно лучше, чем производительность батареи на основе обычных углеродных трубок (428 мАч∙г-1). Кроме того, исследователи пробовали и другие формы совместного допинга. В том числе графен, легированный боросиликатом [46], графен, легированный металлическим кобальтом и бором азотом [47] и т. д., эффективно улучшили характеристики батареи. Синергетический эффект солегированных компонентов играет решающую роль в улучшении электрохимической реакции серы.
Легирование элементом бора может эффективно улучшить собственную проводимость и химическую полярность поверхности углеродных материалов, усилить химическую адсорбцию и ингибировать челночное поведение полисульфида лития, тем самым улучшая кинетику и стабильность электрохимической реакции серы, а также улучшая характеристики батареи. Несмотря на это, в исследовании легированных бором углеродных материалов в литий-серных батареях все еще существует множество проблем, которые требуют дальнейшего изучения и анализа. Например, влияние количества легирования бором и конфигурации легирования на проводимость, распределение поверхностного заряда и поведение адсорбции полисульфида лития углеродных материалов. В то же время способы получения углеродных материалов с высоким уровнем легирования бором и точный контроль конфигурации легирования зависят от развития современных методов и технологий получения. Кроме того, для многоэлементных солегированных систем все еще необходимо дальнейшее изучение более подходящих комбинаций легирующих элементов. Установите систематическую связь структура-активность, чтобы прояснить механизм синергетического эффекта солегированной структуры и ее влияние на режим и интенсивность взаимодействий хозяин-гость в электрохимии серы.
2.3 Бориды металлов
Соединения металлов всегда были горячей точкой для исследований функциональных материалов для литий-серных аккумуляторов из-за присущих им характеристик химической полярности и хорошей морфологической и структурной пластичности. Он отличается от обычных оксидов, сульфидов, нитридов металлов и других ионных соединений. Бориды металлов обычно состоят из бора и металлических элементов на основе ковалентных связей, а их заполненная структура наследует часть металличности. Он обладает гораздо более высокой проводимостью, чем другие соединения металлов (рис. 4) [48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56], и может обеспечивать быструю доставку электронов для электрохимических реакций [57]. В то же время между металлом и бором существует локальная ограниченная полярная структура ионной связи, которая может обеспечить хорошие места адсорбции полисульфидов [58,59]. Кроме того, стабильность высокоэлектроотрицательного бора ослабляется после легирования переходными металлами, и он легче участвует в окислительно-восстановительных реакциях. Это позволяет боридам металлов участвовать в литий-серных электрохимических реакциях посредством поверхностных реакций в качестве медиатора [60].
Рис. 4. Сравнение электропроводности нескольких категорий соединений металлов[48,49,50,51,52,53,54,55,56]
Гуан и др. [61] подготовили материал-хозяин для серных катодов, нанеся аморфные наночастицы Co2B на графен методом жидкофазного восстановления. Исследования показали, что и бор, и кобальт могут служить местами адсорбции для химического закрепления полисульфида лития, тем самым подавляя его растворение и миграцию. В сочетании с превосходной проводимостью графена на большие расстояния аккумулятор по-прежнему имеет удельную разрядную емкость 758 мАч·г-1 после 450 циклов со скоростью 1C, а скорость снижения емкости за цикл составляет { {26}},029%, демонстрируя превосходные циклические характеристики. На основе аналогичного синергетического адсорбционного эффекта композиционный материал Co2B@CNT, используемый в качестве функционального сепаратора для литий-серных батарей, имеет адсорбционную емкость Li2S6 до 11,67 мг∙м-2 [62], что позволяет эффективно блокировать диффузию и проникновение полисульфидов и достигать цели ингибирования челночного эффекта. На этом основании Гуан и др. [63] далее использовали двумерный карбид металла (MXene) в качестве носителя для приготовления композитного материала с гетеропереходом Co2B@MXene (рис. 5(a~d)). Путем теоретических расчетов установлено, что электронное взаимодействие на границе раздела гетеропереходов приводит к переносу электронов от Co2B к MXene. Этот эффект улучшает адсорбционную и каталитическую способность Co2B по отношению к полисульфидам (рис. 5(а, б)). Таким образом, скорость снижения емкости аккумулятора на основе функционально модифицированного сепаратора Co2B@MXene за 2000 циклов составляет всего 0,0088% за цикл. А при загрузке серы 5,1 мг∙см-2 удельная емкость всё равно достигает 5,2 мАч∙см-2 (рис. 5(в, г)). Следует отметить, что по сравнению со структурами с кристаллической фазой этот тип аморфнофазных материалов на основе боридов металлов является более щадящим и простым в приготовлении. Однако управляемость и стабильность его атомной и молекулярной структуры относительно невелики, что представляет собой большое препятствие для выяснения его компонентов и микроструктуры, а также изучения механизма его влияния на процесс электрохимической реакции серы.
Рис. 5 (а) Конфигурации адсорбции Li2S4 на поверхностях Co2B и Co2B@MXene, (б) схема перераспределения электронов на границах раздела Co2B и MXene, (в) циклические характеристики ячеек на основе Co2B@MXene и других сепараторов, ( г) долгосрочные циклические характеристики элемента Co2B@MXene[63]; (e) схематическая иллюстрация поверхностно-химического захвата полисульфидов на TiB2, (f) конфигурации адсорбции и (g) энергии частиц серы на (001) и (111) поверхностях TiB2, (h) характеристики высокой нагрузки и (i) ) долговременное циклическое использование серного электрода на основе TiB2-[63,65]
TiB2 представляет собой классический борид металла с превосходной электропроводностью (~106 См∙см-1) и широко используется в таких областях, как электропроводящая керамика, прецизионная механическая обработка и электрохимические устройства. TiB2 имеет типичную гексагональную структуру и обладает высокой твердостью и структурной эластичностью, что помогает адаптироваться к изменению объема реакции серы. В то же время ожидается, что большое количество ненасыщенных структур на его поверхности будет образовывать сильное межфазное химическое взаимодействие с полисульфидом лития [64], тем самым достигая хороших эффектов адсорбции и удержания. Ли и др. [65] впервые сообщили, что TiB2 использовался в качестве материала-хозяина для серных катодов. Как показано на рисунке 5(e~g), во время процесса термического компаундирования с S поверхность TiB2 частично сульфурируется. Образующийся в ходе реакции полисульфид лития эффективно адсорбируется за счет сил Ван-дер-Ваальса и кислотно-основных взаимодействий Льюиса, причем влияние этого механизма более существенно на поверхности (001). Полученный серный катод получил стабильный цикл в 500 циклов при скорости 1С, и в то же время удельная емкость все еще сохранялась 3,3 мАч∙см-2 после 100 циклов при загрузке серы 3,9 мг∙см{{19 }}. показал хорошие электрохимические характеристики (рис. 5(h, i)). Основываясь на результатах XPS-анализа и теоретических расчетах, превосходный эффект адсорбции полисульфида лития TiB2 следует объяснить механизмом «пассивации» его поверхности. Кроме того, исследовательская группа Лу [66] сравнила эффекты адсорбции TiB2, TiC и TiO2 на полисульфиде лития и исследовала механизм конкуренции между соответствующей химической адсорбцией и сольватационной десорбцией. Результаты показывают, что бор с более низкой электроотрицательностью делает TiB2 более сильной адсорбционной способностью, а в сочетании с эфирным электролитом со слабой сольватационной способностью он может эффективно улучшить использование серы и повысить обратимость электрохимических реакций. В связи с этим TiB2 также использовался для создания многофункциональных сепараторов [67], которые эффективно адсорбируют, закрепляют и повторно используют активные материалы, значительно улучшая стабильность цикла аккумуляторной батареи. Емкость может поддерживать 85% от первоначального значения после 300 циклов при температуре 0,5°C.
Подобно TiB2, MoB имеет хорошую проводимость, а его внутренняя двумерная структура способствует полному обнажению мест адсорбции и, как ожидается, станет хорошим катодным катализатором на основе серы [68]. Исследовательская группа Manthiram в Техасском университете в Остине [69] использовала Sn в качестве восстановителя и синтезировала наночастицы MoB твердофазным методом, которые показали хорошие адсорбционные и каталитические способности для полисульфида лития. MoB имеет высокую электронную проводимость (1,7×105 См∙м-1), что может обеспечить быструю доставку электронов для реакций серы; в то же время гидрофильные свойства поверхности MoB способствуют смачиванию электролита и способствуют быстрому транспорту ионов лития. Это обеспечивает утилизацию активных материалов в условиях бедного электролита; кроме того, наноразмерный MoB может полностью обнажить каталитические активные центры, индуцированные электронодефицитными атомами бора, что позволяет материалу обладать как превосходной внутренней, так и кажущейся каталитической активностью. Основываясь на этих преимуществах, даже если MoB добавляется в небольшом количестве, он может значительно улучшить электрохимические характеристики и продемонстрировать значительную практичность. Полученная батарея имеет снижение емкости всего на 0,03% за цикл после 1,000 цикла при скорости 1C. А при содержании серы 3,5 мг∙см-2 и соотношении электролит/сера (E/S) 4,5 мл∙г-1 были достигнуты превосходные эксплуатационные характеристики аккумулятора в мягком корпусе. Кроме того, исследовательская группа Назара [70] использовала легкий MgB2 в качестве среды электрохимической конверсии полисульфида лития. Было обнаружено, что и B, и Mg могут служить местами адсорбции полисульфид-анионов, усиливать перенос электронов и достигать лучшей циклической стабильности при высокой нагрузке серы (9,3 мг∙см-2).
Эти работы полностью иллюстрируют эффективность и превосходство боридов металлов в улучшении электрохимических реакций серы. Однако по сравнению с такими системами, как оксиды и сульфиды металлов, все еще относительно мало отчетов об исследованиях боридов металлов в литий-серных батареях, а исследования материалов и связанных с ними механизмов также необходимо расширять и углублять. Кроме того, кристаллические бориды металлов обычно обладают высокой структурной прочностью, а процесс получения требует преодоления высоких энергетических барьеров, высоких температур, высокого давления и других жестких условий, что ограничивает их исследования и применение. Поэтому разработка простых, мягких и эффективных методов синтеза боридов металлов также является важным направлением исследований боридов металлов.
2.4 Бориды неметаллов
По сравнению с боридами металлов, бориды неметаллов обычно менее плотны и легче, что полезно для разработки батарей с высокой плотностью энергии; однако их более низкая проводимость создает сопротивление эффективности и кинетике электрохимических реакций серы. В настоящее время исследователи достигли определенных успехов в создании серофиксирующих материалов для литий-серных аккумуляторов на основе боридов неметаллов, в том числе нитрида бора, карбида бора, фосфида бора и сульфида бора [71, 72, 73].
Нитрид бора (BN) и карбид бора (BC) являются двумя наиболее представительными и широко изученными боридами неметаллов. BN состоит из поочередно соединенных атомов азота и бора и включает в основном четыре кристаллические формы: гексагональную, тригональную, кубическую и леуритную [74]. Среди них гексагональный нитрид бора (h-BN) демонстрирует такие характеристики, как широкая запрещенная зона, высокая теплопроводность, а также хорошая термическая и химическая стабильность благодаря своей графитоподобной двумерной структуре и характеристикам локализованной электронной поляризации [75,76]. Структура BN имеет очевидные полярные характеристики и обладает сильной химической адсорбционной способностью к полисульфиду лития. В то же время химические характеристики поверхности можно контролировать путем легирования элементов и построения топологических дефектов, чтобы обеспечить стабильность молекулярной структуры полисульфида и одновременно улучшить его адсорбционную прочность [77]. Основываясь на этой идее, Yi et al. [78] сообщили о бедном азотом малослойном нитриде бора (v-BN) в качестве материала-хозяина для серных катодов (рис. 6(а)). Исследования показали, что электроположительные вакансии в v-BN не только помогают фиксировать и трансформировать полисульфиды, но и ускоряют диффузию и миграцию ионов лития. По сравнению с исходным BN катод на основе v-BN имеет более высокую начальную емкость при 0.1C (1262 против 775 мАч∙г-1) и скорость спада емкости после 5{{24} }0 тактов на 1С это всего 0,084% за такт. Демонстрирует хорошую устойчивость на велосипеде. Кроме того, Он и др. [79] обнаружили, что легирование O может дополнительно улучшить химическую полярность поверхности BN, побудить материал образовывать большую удельную площадь поверхности и одновременно улучшить собственные и кажущиеся адсорбционные свойства.
Рис. 6 (а) ПЭМ-изображение и схематическая атомная структура v-BN[78]; (b) Схема композитного ионного сита g-C3N4/BN/графен и (c) соответствующие характеристики циклического цикла Li-S ячейки [80]; (d) Схематическое и оптическое изображение трехслойного сепаратора BN/Селгард/углерод и (e) соответствующие характеристики циклического цикла ячеек.83]; (f) Схема и (g) СЭМ-изображение B4C@CNF и модель нанопроволоки B4C, (h) энергии адсорбции Li2S4 на разных гранях B4C[87]
Хотя материал BN обладает хорошими химическими адсорбционными свойствами, его собственная плохая проводимость не способствует реактивному переносу заряда. Таким образом, разработка композитных структур с проводящими материалами является важным способом дальнейшего улучшения их комплексных адсорбционных и каталитических характеристик. Ввиду этого Дэн и др. [80] разработали композитное ионное сито на основе графитоподобного нитрида углерода (g-C3N4), BN и графена в качестве многофункционального промежуточного слоя для литий-серных батарей (рис. 6(б)). Среди них упорядоченные ионные каналы размером 0,3 нм в структуре g-C3N4 могут эффективно блокировать полисульфиды и пропускать ионы лития. BN служит катализатором реакции, ускоряя конверсию полисульфидов, а графен служит встроенным токосъемником, обеспечивая превосходную проводимость на большие расстояния. . Благодаря синергетическому эффекту этих трех двумерных компонентов полученная батарея может стабильно работать более 500 циклов при высокой нагрузке серы 6 мг∙см-2 и скорости 1C. (Рисунок 6(в)). Кроме того, исследователи попытались нанести тонкий слой композитной пленки нанолист BN/графен на поверхность катода в качестве защитного слоя в более простой и прямой форме [81,82]. Он эффективно ингибирует растворение и диффузию полисульфида лития и значительно улучшает удельную емкость и стабильность цикла серного катода. В течение 1000 циклов при температуре 3C скорость снижения мощности составляет всего 0,0037% за цикл. Интересно, что исследовательская группа Унгю Пайка из Университета Ханьян [83] приняла другую комбинацию идей для создания многофункционального сепаратора со сэндвич-структурой BN/Селгард/углерод. Как показано на рисунке 6(d), углеродистый слой и слой BN соответственно покрыты на сторонах положительного и отрицательного электрода обычного сепаратора. Среди них слой углерода и слой BN могут совместно блокировать перемещение полисульфида лития и ограничивать его диффузию к поверхности отрицательного электрода. В то же время слой BN на стороне отрицательного электрода также ограничивает рост дендритов лития. Благодаря этому механизму совместной защиты аккумулятор имеет высокий коэффициент сохранения емкости (76,6%) и удельную емкость (780,7 мАч∙г-1) после 250 циклов при температуре 0,5C. Значительно лучше, чем обычные сепараторы и сепараторы, модифицированные чистым углеродом (рис. 6(e)).
По сравнению с N, C имеет более низкую электроотрицательность, поэтому разница в электроотрицательности между B и C невелика, что приводит к более слабой химической полярности структуры BC по сравнению с NC. Но в то же время делокализация электронов в структуре БЦ усиливается и проводимость улучшается [84,85]. Таким образом, BC обычно демонстрирует относительно дополняющие BN физические и химические свойства. Он имеет низкую плотность, относительно хорошую проводимость и хорошие каталитические свойства и имеет многообещающие перспективы применения в области энергетики [86]. Луо и др. [87] вырастили нанопроволоки карбида бора (B4C@CNF) in situ на углеродных волокнах в качестве основного материала катода (рис. 6 (f~h)). Среди них B4C эффективно адсорбирует и удерживает полисульфиды посредством связывания BS. В то же время его проводящая сетка из углеродного волокна помогает быстро преобразовывать адсорбированную серу и улучшает кинетику реакции. Полученный серный катод имеет сохранение емкости 80% после 500 циклов и может обеспечить стабильную циклическую работу при высоком содержании серы (массовая доля 70%) и нагрузочной способности (10,3 мг∙см{). {16}}). Сонг и др. [88] построили сверхзамкнутую структуру серы вокруг B4C. В структуре используется активированный пористый углерод хлопчатобумажной ткани в качестве гибкой матрицы, нановолокна B4C в качестве активного скелета и восстановленный оксид графена для дальнейшего покрытия. Эффективно сочетает в себе физическую и химическую изоляцию, уменьшает потери активных веществ и обеспечивает превосходную стабильность цикла. Учитывая хорошие адсорбционные и каталитические свойства B4C, исследовательская группа Чжао [89] равномерно распределила наночастицы B4C в ткани из углеродного волокна с помощью метода каталитического роста in-situ для эффективного диспергирования и обнажения активных центров. Полученный серный катод имеет начальную емкость до 1415 мАч∙г-1 (0,1С) при нагрузке 3,0 мг∙см-2 и сверхдлительный срок службы 3000 циклов при 1С, демонстрируя хорошие перспективы применения.
Из вышесказанного видно, что борид неметалла оказывает хорошее адсорбционное и каталитическое действие на полисульфид лития, но его проводимость относительно низкая, и для содействия электрохимической реакции серы все еще необходим проводящий носитель. Среди них разница в электронной структуре соседних атомов N и C обуславливает, что материалы BN и BC имеют свои преимущества и недостатки с точки зрения проводимости и взаимодействия с полисульфидом лития. Ввиду этого в сочетании с сульфидом бора, фосфидом бора, оксидом бора и т. д. этот тип борида неметалла может использоваться в качестве хорошего носителя и платформы для изучения взаимосвязи структура-активность между локальной химической полярной структурой и каталитической адсорбцией. способность. Ожидается, что дальнейшая систематическая корреляция и анализ помогут понять соответствующие процессы микроскопических реакций, регулировать тонкую структуру материалов и улучшить электрохимические характеристики батарей. Кроме того, дальнейшее применение и развитие боридов неметаллов в литий-серных батареях по-прежнему должно опираться на совершенствование и оптимизацию их получения. Разрабатывать простые и мягкие технологии получения, одновременно разрабатывая структуры материалов с более высокой собственной проводимостью и создавая более эффективные композиционные материалы для баланса и учета проводимости, адсорбции и каталитических эффектов.
3 Заключение
Таким образом, литий-серные батареи имеют высокую теоретическую плотность энергии из-за реакций многоэлектронного переноса. Однако механизм реакции конверсии и собственная слабая проводимость активных материалов препятствуют реализации преимуществ. Материалы на основе бора обладают уникальными физико-химическими характеристиками и электрохимическими свойствами. Их целенаправленная конструкция и рациональное применение являются эффективными способами смягчения челночного эффекта литий-серных батарей и улучшения кинетики и обратимости реакции. В последние годы они быстро развиваются. Однако исследования и применение материалов на основе бора в литий-серных батареях все еще находятся в зачаточном состоянии, а конструкция структуры материала и механизм его воздействия на процесс электрохимической реакции батареи нуждаются в дальнейшем развитии и изучении. Объединив характеристики материала и изложенные выше достижения исследований, автор считает, что в дальнейшем развитии материалов на основе бора в литий-серных аккумуляторах следует уделять больше внимания следующим направлениям:
1) Синтез материала. Синтетическая подготовка является распространенной проблемой, с которой сталкиваются вышеупомянутые материалы на основе бора. Существует острая необходимость в разработке более простых, мягких и эффективных методов подготовки материалов, чтобы обеспечить материальную основу для исследования механизмов и продвижения их применения. Среди них перспективным направлением развития является получение аморфных боридов металлов методом жидкофазного восстановления. В то же время, опираясь на его преимущества и опыт, исследование и разработка синтетических способов, основанных на сольвотермальных методах или методах расплавленных солей, может также предоставить новые идеи для получения материалов на основе бора. Кроме того, в процессе приготовления борида особое внимание необходимо уделять контролю и проектированию наноструктуры, а также ее стабильности, чтобы удовлетворить потребности характеристик реакции на границе раздела литий-серных батарей.
2) Исследование механизма. Материалы на основе бора обладают уникальными и богатыми химическими характеристиками поверхности. Для дальнейшего изучения взаимодействия хозяин-гость между материалами на основе бора и полисульфидами следует использовать методы определения характеристик in-situ. Особое внимание следует уделить необратимому сульфатированию поверхности, самоэлектрохимическому окислению и восстановлению и т. д., чтобы выявить решающие структурные факторы его адсорбционных и каталитических способностей, а также обеспечить теоретическое руководство и основу для целевого проектирования и разработки материалов. Кроме того, для типичных аморфных боридов металлов необходимо уделять особое внимание различиям в микроструктуре и связанных с ними физических и химических свойствах между аморфными и кристаллическими боридами, а также сотрудничать в разработке соответствующих технологий структурного анализа и анализа характеристик свойств. Не делайте вывод о взаимодействии между аморфными материалами, полисульфидом лития и процессом его реакции, основываясь исключительно на кристаллической структуре.
3) Оценка эффективности. Чтобы оптимизировать систему оценки материалов и аккумуляторов, при увеличении поверхностной нагрузки серы следует уделять больше внимания регулированию ключевых параметров, таких как толщина и пористость электрода, чтобы одновременно улучшить качество и объемную плотность энергии электрода. Кроме того, электрохимические свойства в условиях низкой дозировки электролита (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.
Таким образом, в этой статье основное внимание уделяется материалам на основе бора и рассматриваются последние достижения в области исследований борофена, углерода, легированного атомами бора, боридов металлов и боридов неметаллов в литий-серных аккумуляторных системах. Я надеюсь, что он сможет предоставить рекомендации и вдохновение коллегам, расширить разработку и применение материалов на основе бора в области новой энергетики, а также способствовать практической разработке литий-серных батарей.
Рекомендации
[1] ДАНН Б., КАМАТ Х., ТАРАСКОН Дж. М. Накопление электрической энергии для сети: выбор батареи. Наука, 2011, 334(6058):928-935.
[2] АРИКО А.С., БРЮС П., СКРОСАТИ Б. и др. Наноструктурированные материалы для современных устройств преобразования и хранения энергии. Материалы природы, 2005, 4(5):366-377.
[3] ЛЯН Й.Р., ЧЖАО Ч.З., ЮАНЬ Х. и др. Обзор аккумуляторных батарей для портативных электронных устройств. Инфомат, 2019, 1(1):6-32.
[4] ГУДЕНАФ Дж.Б., ПАРК К.С. Литий-ионная аккумуляторная батарея: перспектива. Журнал Американского химического общества, 2013, 135(4):1167-1176.
[5] ТАРАСКОН Дж. М., АРМАН М. Проблемы и проблемы, с которыми сталкиваются перезаряжаемые литиевые батареи. Природа, 2011, 414:171-179.
[6] ДЖИН ГИ, ХЭ ХК, ВУ Дж и др. Полый углеродный каркас, легированный кобальтом, в качестве основы серы для катода литий-серной батареи. Журнал неорганических материалов, 2021, 36 (2): 203-209.
[7] FANG R, ZHAO SY, SUN ZH и др. Более надежные литий-серные аккумуляторы: состояние, решения и перспективы. Передовые материалы, 2017, 29(48):1606823.
[8] HU JJ, LI GR, GAO X P. Текущее состояние, проблемы и проблемы в области литий-серных батарей. Журнал неорганических материалов, 2013, 28(11):1181-1186.
[9] ЛИ ГР, ВАН С., ЧЖАН ИН и др. Еще раз о роли полисульфидов в литий-серных батареях. Передовые материалы, 2018, 30(22):1705590.
[10] PENG HJ, HUANG JQ, ZHANG Q. Обзор гибких литий-серных и аналогичных щелочно-металло-халькогенных аккумуляторных батарей. Обзоры химического общества, 2017, 46(17):5237-5288.
[11] ЯНА М., СЮР, ЧЭН XB и др. Рациональный дизайн двумерных наноматериалов для литий-серных аккумуляторов. Энергетика и экология, 2020, 13(4):1049-1075.
[12] HE JR, MANTHIRAM A. Обзор состояния и проблем электрокатализаторов в литий-серных батареях. Материалы для хранения энергии, 2019, 20:55-70.
[13] SEH ZW, SUN YM, ZHANG QF и др. Проектирование литий-серных аккумуляторов высокой энергии. Обзоры химического общества, 2016, 45(20):5605-5634.
[14] JI XL, ЭВЕРС С, БЛЭК Р и др. Стабилизация литий-серных катодов с использованием полисульфидных резервуаров. Природные коммуникации, 2011, 2:325.
[15] ЧЖАН З., КОНГ Л.Л., ЛЮ С. и др. Высокоэффективный серо-углеродный композит на основе трехмерной матрицы графеновых нанолистов и углеродных нанотрубок в качестве катода для литий-серной батареи. Передовые энергетические материалы, 2017,7(11):1602543.
[16] Сюй ВК, ПАН XX, МЭН X и др. Проводящий серосодержащий материал, включающий ультрамелкие наночастицы нитрида ванадия для высокопроизводительных литий-серных батарей. Электрохимика Акта, 2020, 331: 135287.
[17] ЛЮ ЙТ, ЛИУ С, ЛИ ГР и др. Серный катод с высокой объемной плотностью энергии и тяжелым каталитическим оксидом металла для литий-серных аккумуляторов. Передовая наука, 2020, 7(12):1903693.
[18] ЧЭНЬ ХХ, СЯО Ю., ЧЕН С. и др. Модифицированный проводящий MOF сепаратор для смягчения челночного эффекта литий-серной батареи методом фильтрации. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11(12):11459-11465.
[19] Ю Дж., ЧО С.Дж., Чон Ги и др. COF-сеть на CNT-сетке как молекулярно-сконструированная иерархическая пористая химическая ловушка для полисульфидов в литий-серных батареях. Нано-письма, 2016, 16(5):3292-3300.
[20] HU Y, LIU C. Введение 1,2-миграции для борорганических соединений. Университетская химия, 2019, 34(12):39-44.
[21] СОРЕН К.М., СУНИНГ В. Материалы, реагирующие на раздражители на основе бора. Обзоры химического общества, 2019, 48(13):3537-3549.
[22] ХУАН З.Г., ВАН С.Н., ДЬЮХЕРСТ Р.Д. и др. Бор: его роль в процессах и приложениях, связанных с энергетикой. Angewandte Chemie International Edition, 2020, 59(23):8800-8816.
[23] Чжу Ю.Х., ГАО С.М., ХОСМАН Н.С. Передовые энергетические материалы, обогащенные бором. Inorganica Chimica Acta, 2017, 471:577-586.
[24]ХАН К., ТАРИН АК, АСЛАМ М. и др. Синтез, свойства и новые электрокаталитические применения 2D-борофен-ксенов. Прогресс в химии твердого тела, 2020,59:100283.
[25] РАО Д.В., ЛЮ XJ, ЯН Х. и др. Межфазная конкуренция между катодом на основе борофена и электролитом при множественной сульфидной иммобилизации литий-серной батареи. Журнал химии материалов A, 2019, 7 (12): 7092-7098.
[26] Цзян Х.Р., ШИ В., ЛЮ М. и др. Борофен и дефектный борофен как потенциальные закрепляющие материалы для литий-серных батарей: исследование основных принципов. Журнал химии материалов A, 2018, 6 (5): 2107-2114.
[27] ЧЖАН ЦЫ, ХЭ Ц, ЧУ В и др. Гетероструктура борофен-графен, легированная переходными металлами, для надежного закрепления полисульфидов: исследование из первых принципов. Прикладная наука о поверхности, 2020, 534: 147575.
[28] ЧЖАН Л., ЛЯН П., ШУ Х.Б. и др. Борофен как эффективный носитель серы для литий-серных аккумуляторов: подавление челночного эффекта и улучшение проводимости. Журнал физической химии C, 2017, 121 (29): 15549-15555.
[29] ГРИКТИ С., МУХЕРДЖИ С., СИНГХ С.В. Двумерный бор как впечатляющий катодный материал для литий-серных аккумуляторов. Материалы для хранения энергии, 2018, 13:80-87.
[30] МАННИКС А.Дж., ЧЖОУ XF, КИРАЛИ Б. и др. Синтез борофенов: анизотропные двумерные полиморфные модификации бора. Наука, 2015, 350(6267):1513-1516.
[31] ФЭН Б.Дж., Чжан Дж., Чжун Ц. и др. Экспериментальная реализация двумерных листов бора. Химия природы, 2016, 8(6):564-569.
[32] ПАРАКНОВИЧ Дж. П., ТОМАС А. Легирование углерода помимо азота: обзор современных углерода, легированного гетероатомами бором, серой и фосфором для энергетических применений. Энергетика и экология, 2013, 6(10):2839-2855.
[33] ВАН ХБ, МАЙЯЛАГАН Т, ВАН X. Обзор недавнего прогресса в области графена, легированного азотом: синтез, характеристика и его потенциальные применения. ACS Катализ, 2012, 2(5):781-794.
[34] СИЕ Y, МЭН Z, CAI TW и др. Влияние легирования бором на графеновый аэрогель, используемый в качестве катода для литий-серной батареи. ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7(45):25202-25210.
[35] ШИ ПК, ВАН Й, ЛЯН Х и др. Одновременно расслоенные листы графена, легированного бором, для инкапсуляции серы для применения в литий-серных батареях. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2018, 6(8):9661-9670.
[36] ЯН Л.Дж., Цзян С.Дж., Чжао Ю и др. Углеродные нанотрубки, легированные бором, как безметалловые электрокатализаторы реакции восстановления кислорода. Angewandte Chemie International Edition, 2011, 50(31):7132-7135.
[37] AI W, LI JW, DU ZZ и др. Двойное удержание полисульфидов в легированном бором пористом гибриде углеродной сферы и графена для современных Li-S аккумуляторов. Наноисследования, 2018, 11(9):4562-4573.
[38] ЯН CP, ИНЬ YX, ЙЕ Х и др. Анализ влияния легирования бором на серо-углеродный катод в литий-серных батареях. ACS Applied Materials & Interfaces, 2014, 6(11):8789-8795.
[39] XU CX, ZHOU HH, FU CP и др. Гидротермальный синтез легированных бором разархивированных углеродных нанотрубок/серного композита для высокопроизводительных литий-серных аккумуляторов. Электрохимика Акта, 2017, 232:156-163.
[40] ХАН П., МАНТИРАМ А. Сепараторы с восстановленным покрытием из оксида графена, легированные бором и азотом, для высокопроизводительных Li-S аккумуляторов. Журнал источников энергии, 2017, 369:87-94.
[41] ХОУ ТЗ, ЧЭНЬ X, ПЕНГ Х.Д. и др. Принципы проектирования наноуглерода, легированного гетероатомами, для достижения прочного закрепления полисульфидов в литий-серных батареях. Смолл, 2016, 12(24):3283-3291.
[42] СЮН Д.Г., Чжан Цз, Хуан Си и др. Повышение удержания полисульфида в иерархически пористых углеродных нанолистах, кодированных B/N, посредством кислотно-основного взаимодействия Льюиса для стабильных Li-S аккумуляторов. Журнал энергетической химии, 2020, 51:90-100.
[43] ЮАНЬ СИ, БАО Дж.Л., ВАН Л.Н. и др. Слой углерода, обогащенный азотом и бором на графеновой подложке, для улучшения характеристик литий-серных батарей за счет усиленной хемосорбции полисульфидов лития. Передовые энергетические материалы, 2016, 6(5):1501733.
[44] ЧЭНЬ Л., ФЭН-младший, ЧЖОУ Х.Х. и др. Гидротермическое получение изогнутых графеновых нанолент, легированных азотом и бором, с высоким содержанием легирующих примесей для высокопроизводительных катодов литий-серных аккумуляторов. Журнал химии материалов A, 2017,5(16):7403-7415.
[45] Цзинь CB, Чжан В.К., Чжуан З.З. и др. Улучшенная хемосорбция сульфидов с использованием многостенных углеродных нанотрубок, легированных бором и кислородом, для современных литий-серных батарей. Журнал химии материалов A, 2017,5(2):632-640.
[46] УЛЛА С., ДЕНИС П.А., САТО Ф. Необычное увеличение энергии адсорбции натрия и калия в графене, легированном серой-азотом и кремнием-бором. АСУ Омега, 2018,3(11):15821-15828.
[47] ЧЖАН З., СЮНГ Д.Г., ШАО А.Х. и др. Интеграция металлического кобальта и гетероатомов N/B в пористые углеродные нанолисты в качестве эффективного иммобилизатора серы для литий-серных батарей. Углерод, 2020 167:918-929.
[48] ВАН П., КУМАР Р., САНКАРАН Э.М. и др. Диборид ванадия (ВБ2), синтезированный при высоком давлении: упругие, механические, электронные, магнитные свойства и термическая стабильность. Неорганическая химия, 2018, 57(3):1096-1105.
[49] HE GJ, LING M, HAN XY и др. Самостоятельные электроды со структурой ядро-оболочка для высокопроизводительных суперконденсаторов. Материалы для хранения энергии, 2017,9:119-125.
[50] ВАН СС, АКБАР С.А., ЧЕН В и др. Электрические свойства высокотемпературных оксидов, боридов, карбидов и нитридов. Журнал материаловедения, 1995, 30(7):1627-1641.
[51] СЯО З.Б., ЯН З., ЧЖАН Л.Дж. и др. Графен сэндвич-типа, легированный NbS2@S@I, для высоконагруженных серой, сверхвысокоскоростных и долговечных литий-серных батарей. АСУ Нано, 2017, 11(8):8488-8498.
[52] ВАН Л.Дж., ЛЮ Ф.Х., Чжао Б.И. и др. Углеродные наночаши, заполненные нанолистами MoS2, как электродные материалы для суперконденсаторов. ACS Applied Nano Materials, 2020, 3(7):6448-6459.
[53] БАЛАХ Дж., ЛИННЕМАН Дж., ЯУМАН Т. и др. Наноструктурированные материалы на основе металлов для современных литий-серных аккумуляторов. Журнал химии материалов A, 2018, 6 (46): 23127-23168.
[54] БЕН-ДОР Л., ШИМОНИ Ю. Кристаллическая структура, магнитная восприимчивость и электропроводность чистых и легированных NiO MoO2 и WO2. Бюллетень исследований материалов, 1974, 9(6):837-44.
[55] САМСОНОВ Г. 难熔化合物手册. 北京:中国工业出版社, 1965: 1-147.
[56] ФЭН Л.С., ЦЮНЬ CX, ЛИН МИ и др. Оксиды на основе Nb как анодные материалы для литий-ионных аккумуляторов. Прогресс химии, 2015, 27(2/3):297-309.
[57] ТАО Q, MA SL, CUI T и др. Строение и свойства функциональных боридов переходных металлов. Acta Physica Sinica, 2017, 66(3):036103.
[58] ШЕН ИФ, СЮ С, ХУАН М и др. Достижения в области исследований кластеров бора, борана и соединений бора, легированных металлами. Прогресс в химии, 2016, 28(11):1601-1614.
[59] ГУПТА С., ПАТЕЛ М.К., МИОТЕЛЛО А. и др. Катализаторы электрохимического расщепления воды на основе боридов металлов: обзор. Передовые функциональные материалы, 2020, 30(1):1906481.
[60] WU F, WU C. Новые аккумуляторные батареи и их ключевые материалы, основанные на концепции многоэлектронной реакции. Китайский научный бюллетень, 2014, 59(27):3369-3376.
[61] ГУАН Б., ФАН Л.С., ВУ Х и др. Простой синтез и улучшенные характеристики литий-серной батареи на основе композитного катода из аморфного борида кобальта (Co2B)@графена. Журнал химии материалов A, 2018, 6 (47): 24045-24049.
[62] ГУАН Б., ЧЖАН И, ФАН Л.С. и др. Блокирование полисульфида с помощью Co2B@CNT посредством «синергетического адсорбционного эффекта» для обеспечения сверхвысокой производительности и надежной литий-серной батареи. АСУ Нано, 2019, 13(6):6742-6750.
[63] ГУАНЬ Б., СУНЬ Х, ЧЖАН Ю и др. Открытие межфазного электронного взаимодействия в бориде кобальта@MXene для высокопроизводительных литий-серных батарей. Китайские химические письма, 2020, 32(7):2249-2253.
[64] БАСУ Б., РАДЖУ ГСУРИ А. Обработка и свойства монолитных материалов на основе TiB2. International Materials Reviews, 2006, 51(6):352-374.
[65] LI CC, LIU XB, ZHU L и др. Проводящий и полярный борид титана в качестве носителя серы для современных литий-серных батарей. Химия материалов, 2018, 30(20):6969-6977.
[66] LI ZJ, JIANG HR, LAI NC и др. Разработка эффективной границы раздела растворитель-катализатор для каталитической конверсии серы в литий-серных батареях. Мистерия материалов, 2019, 31(24):10186-10196.
[67] ДЖИН Л.М., Н.И.Дж., ШЕН С. и др. Металлопроводящий TiB2 в качестве многофункционального модификатора сепаратора для улучшенных литий-серных батарей. Журнал источников энергии, 2020, 448: 227336.
[68] ВУ Р, Сюй Х.К., Чжао Ю.В. и др. Молибденовый каркас MoB2, содержащий борофеноподобные субъединицы бора, позволяет создавать стабильные и быстродействующие литий-серные батареи на основе Li2S6-. Материалы для хранения энергии, 2020, 32:216-224.
[69] HE JR, BHARGAV A, MANTHIRAM A. Борид молибдена как эффективный катализатор окислительно-восстановительного процесса полисульфида для создания литий-серных батарей с высокой плотностью энергии. Передовые материалы, 2020, 32(40):2004741.
[70] ПАН К., КВОК СИ, КУНДУ Д. и др. Легкий металлический MgB2 участвует в окислительно-восстановительном процессе полисульфида и обещает создание литий-серных батарей с высокой плотностью энергии. Джоуль, 2019, 3(1):136-148.
[71] Ю ТТ, ГАО ПФ, ЧЖАН Ю и др. Монослой фосфида бора как потенциальный закрепляющий материал для литий-серных батарей: исследование основных принципов. Прикладная наука о поверхности, 2019, 486:281-286.
[72] ЯНА С., ТОМАС С., ЛИ Ч. и др. Монослой B3S: предсказание высокоэффективного анодного материала для литий-ионных батарей. Журнал химии материалов A, 2019, 7 (20): 12706-12712.
[73] СУНЬ С, ХАЙ CX, ЧЖОУ Ю и др. Высококаталитическое нановолокно нитрида бора, выращенное in situ на предварительно обработанном кетженблаке в качестве катода для повышения производительности литий-серных батарей. ACS Applied Energy Materials, 2020,3(11):10841-10853.
[74] АРЕНАЛ Р., ЛОПЕС БЕЗАНИЛЛА А. Материалы из нитрида бора: обзор от 0D к 3D (нано)структурам. Междисциплинарные обзоры Wiley – Вычислительная молекулярная наука, 2015,5(4):299-309.
[75] Цзян С.Ф., ВЭН QH, ВАН XB и др. Последние достижения в производстве и применении наноматериалов из нитрида бора: обзор. Журнал материаловедения и технологий, 2015, 31(6):589-598.
[76] ПРАКАШ А., НЕХАТЕ С.Д., СУНДАРАМ К. Б. УФ-детекторы металл-изолятор-металл на основе нитрида углерода бора для применения в суровых условиях. Письма об оптике, 2016, 41(18):4249-4252.
[77] Чжао Ю.М., Ян Л., Чжао Ю.С. и др. Как сделать инертные нанолисты нитрида бора активными для иммобилизации полисульфидов для литий-серных батарей: вычислительное исследование. Физическая химия Химическая физика, 2017, 19(28):18208-18216.
[78] ЙИ Й.К., ЛИ Х.П., ЧАНГ Х.Х. и др. Малослойный нитрид бора с специально созданными вакансиями азота для ускорения превращения полисульфида в катодную матрицу для литий-серных батарей. Химия, 2019, 25(34):8112-8117.
[79] HE B, LI WC, ZHANG Y и др. Гибрид Paragenesis BN/CNT в качестве носителя моноклинной серы для высокопроизводительных и сверхдлительных литий-серных батарей. Журнал химии материалов A, 2018, 6 (47): 24194-24200.
[80] DENG DR, BAI CD, XUE F и др. Многофункциональное ионное сито, изготовленное из 2D-материалов, в качестве прослойки для Li-S аккумуляторов. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11(12):11474-11480.
[81] СУНЬ К., ГУО ПК, ШАН Синь и др. Мезопористые сепараторы, модифицированные нитридом бора и углерода/графеном, как эффективный полисульфидный барьер для высокостабильных литий-серных аккумуляторов. Журнал электроаналитической химии, 2019, 842: 34-40.
[82] ФАН Ю, ЯН З, ХУА ВС и др. Функционализированные нанолисты нитрида бора/прослойка графена для быстрых и долговечных литий-серных батарей. Передовые энергетические материалы, 2017,7(13):1602380.
[83] КИМ ПДжХ, СЕО Дж, ФУ К и др. Синергетический защитный эффект сепаратора BN-углерод для высокостабильных литий-серных аккумуляторов. Материалы НПГ Азия, 2017,9(4):e375.
[84] ПРАМАНИК А., ДЕЙ П.П., ДАС П.К. Анализ микроструктуры, фазы и электропроводности карбида бора, спеченного искровой плазмой, обработанного с помощью WEDM. Ceramics International, 2020, 46(3):2887-2894.
[85] ЙЕГАНЕ М., САРАФ Х.Х., КАФИ Ф. и др. Первые принципы исследования колебательных, электронных и оптических свойств графеноподобного карбида бора. Твердотельные коммуникации, 2020,305:113750.
[86] ЧАН ИК, СУН XH, MA MD и др. Применение твердых керамических материалов B4C для хранения энергии: разработка наночастиц ядро-оболочка B4C@C в качестве электродов для гибких твердотельных микросуперконденсаторов со сверхвысокой цикличностью. Нано Энергия, 2020, 75:104947.
[87] ЛУО Л, ЧУНШ Ш, АСЛ ХИ и др. Литий-серные батареи с длительным сроком службы и бифункциональной катодной подложкой, выполненной из нанопроволок карбида бора. Передовые материалы, 2018, 30(39):1804149.
[88] СОНН Н., ГАО З, ЧЖАН ЙИ и др. Гибкие литий-серные батареи с поддержкой наноскелета B4C. Нано Энергия, 2019, 58:30-39.
[89] ЧЖАН Р.Х., ЧИ С, ВУ МК и др. Литий-S-батарея с длительным сроком службы, оснащенная катодом из хорошо распределенных наночастиц B4C, украшенных активированными хлопковыми волокнами. Журнал источников энергии, 2020, 451: 227751.
