مواد مبتنی بر بور در باتری لیتیوم-گوگرد

پیشرفت اخیر مواد مبتنی بر بور در باتری لیتیوم-گوگرد

نویسنده:LI Gaoran، LI Hongyang، ZENG هایبو

آزمایشگاه کلیدی مواد و دستگاه‌های نمایشگر پیشرفته MIIT، مؤسسه مواد اپتوالکترونیک نانو، دانشکده علوم و مهندسی مواد، دانشگاه علم و فناوری نانجینگ، نانجینگ 210094

خلاصه

باتری‌های سولفور لیتیوم (Li-S) به دلیل چگالی انرژی بالا و هزینه کم، نقش مهمی در توسعه نسل بعدی فناوری ذخیره‌سازی انرژی الکتروشیمیایی دارند. با این حال، کاربرد عملی آنها هنوز هم توسط سینتیک کند و برگشت پذیری کم واکنش‌های تبدیل، که به ظرفیت عملی نسبتاً کم، ناکارآمدی کولمبی، و بی‌ثباتی دوچرخه‌سواری کمک می‌کند، مانع می‌شود. در این راستا، طراحی منطقی مواد عملکردی رسانا، جاذب و کاتالیزوری یک مسیر حیاتی برای تثبیت و ارتقای الکتروشیمی گوگرد ارائه می‌کند. با بهره مندی از ساختارهای اتمی و الکترونیکی منحصر به فرد بور، مواد مبتنی بر بور خواص فیزیکی، شیمیایی و الکتروشیمیایی متنوع و قابل تنظیمی از خود نشان می دهند و توجهات تحقیقاتی گسترده ای را در باتری های Li-S به خود جلب کرده اند. این مقاله پیشرفت تحقیقات اخیر مواد مبتنی بر بور، از جمله بوروفن، کربن آغشته به اتم بور، بوریدهای فلزی و بوریدهای غیرفلزی در باتری‌های Li-S را مرور می‌کند، مشکلات باقی‌مانده را نتیجه‌گیری می‌کند و چشم‌انداز توسعه آینده را پیشنهاد می‌کند.

کلید واژه ها:باتری لیتیوم سولفور، بورید، دوپینگ شیمیایی، بوروفن، اثر شاتل، بررسی

توسعه انرژی های تجدیدپذیر سبز، توسعه روش های پیشرفته تبدیل و ذخیره انرژی و ایجاد یک سیستم انرژی کارآمد و پاک، انتخاب های اجتناب ناپذیری برای مقابله با بحران انرژی و تغییرات آب و هوایی در دنیای امروز هستند. فناوری ذخیره‌سازی انرژی الکتروشیمیایی، که توسط باتری‌ها نشان داده می‌شود، می‌تواند انرژی پاک جدید را تبدیل و ذخیره کند و از آن به شکلی کارآمدتر و راحت‌تر استفاده کند و نقش مهمی در ارتقای اقتصاد انرژی سبز و توسعه پایدار ایفا کند [1،2]. در میان بسیاری از فناوری‌های باتری، باتری‌های لیتیوم یون دارای مزایای چگالی انرژی بالا و بدون اثر حافظه هستند. از زمان تجاری سازی آن در سال 1991 به سرعت توسعه یافته است و به طور گسترده در وسایل نقلیه الکتریکی، دستگاه های الکترونیکی قابل حمل، دفاع ملی و سایر زمینه ها استفاده شده است [3،4]. با این حال، با توسعه مداوم تجهیزات الکتریکی، باتری‌های لیتیوم یون سنتی قادر به پاسخگویی به تقاضای رو به رشد انرژی نیستند. در مقابل این پس‌زمینه، باتری‌های لیتیوم-گوگرد به دلیل ظرفیت خاص نظری بالا (1675 mAh·g{9}}) و چگالی انرژی (2600 Wh∙kg-1) توجه گسترده‌ای را به خود جلب کرده‌اند. در عین حال، منابع گوگرد فراوان، به طور گسترده توزیع شده، ارزان قیمت و سازگار با محیط زیست هستند و باتری های لیتیوم-گوگرد را به کانون تحقیقاتی در زمینه باتری های ثانویه جدید در سال های اخیر تبدیل کرده اند [5،6].

1 اصل کار و مشکلات موجود باتری های لیتیوم سولفور

باتری های لیتیوم گوگرد معمولاً از گوگرد عنصری به عنوان الکترود مثبت و از لیتیوم فلزی به عنوان الکترود منفی استفاده می کنند. ساختار اصلی باتری در شکل 1(a) نشان داده شده است. واکنش الکتروشیمیایی یک فرآیند واکنش تبدیل چند مرحله‌ای است که شامل چندین انتقال الکترون، همراه با انتقال فاز جامد به مایع و یک سری از واسطه‌های پلی سولفید لیتیوم است (شکل 1(b)) [7،8]. در میان آنها، گوگرد عنصری و زنجیره کوتاه Li2S2/Li2S واقع در هر دو انتهای زنجیره واکنش در الکترولیت نامحلول هستند و به صورت رسوب در سطح الکترود وجود دارند. پلی سولفید لیتیوم با زنجیره بلند (Li2Sx، 4 کمتر یا مساوی x کمتر یا مساوی 8) حلالیت و توانایی مهاجرت بالاتری در الکترولیت دارد. بر اساس خواص ذاتی مواد الکترود و مکانیسم واکنش تبدیل فاز جامد- مایع آنها، باتری‌های لیتیوم-گوگرد دارای مزایای انرژی و هزینه هستند، اما با مشکلات و چالش‌های زیادی نیز روبرو هستند [9،10،11،12]:

شکل 1 نمودار شماتیک (الف) پیکربندی باتری لیتیوم-گوگرد و (ب) فرآیند شارژ-دشارژ مربوطه[7]

1) گوگرد عنصری فاز جامد و Li2S روی سطح الکترود انباشته می شوند و اینرسی ذاتی الکترون و یون آنها منجر به مشکل در انتقال بار و سینتیک واکنش کند می شود و در نتیجه میزان استفاده از مواد فعال و ظرفیت واقعی باتری را کاهش می دهد.

2) تفاوت چگالی زیادی بین گوگرد و Li2S در هر دو انتهای زنجیره واکنش وجود دارد (2.07 در مقابل 1.66 g∙cm{6}}). این ماده در طول فرآیند واکنش تغییر حجمی تا 80 درصد را تجربه می‌کند و پایداری ساختاری مکانیکی الکترود با چالش‌های بزرگی مواجه است.

3) رفتار انحلال و مهاجرت پلی سولفید لیتیوم در الکترولیت باعث ایجاد "اثر شاتل" شدید می شود که در نتیجه از دست دادن شدید مواد فعال و از دست دادن کولن منجر می شود. علاوه بر این، پلی سولفید لیتیوم در واکنش های جانبی شیمیایی/الکتروشیمیایی روی سطح آند شرکت می کند، که نه تنها باعث از بین رفتن بیشتر مواد فعال می شود، بلکه سطح آند را غیرفعال و خورده می کند، تشکیل و رشد دندریت های لیتیوم را تشدید می کند و خطرات ایمنی را افزایش می دهد.

این مشکلات به هم مرتبط هستند و بر یکدیگر تأثیر می‌گذارند که پیچیدگی سیستم باتری را به شدت افزایش می‌دهد و رفع نیازهای کاربردهای عملی باتری‌های لیتیوم سولفور فعلی را از نظر استفاده از مواد فعال، چگالی انرژی واقعی، پایداری چرخه و ایمنی دشوار می‌کند. . از تجزیه و تحلیل مشکلات فوق می توان دریافت که کنترل معقول فرآیند واکنش الکتروشیمیایی گوگرد تنها راه بهبود عملکرد باتری های لیتیوم-گوگرد است. چگونگی دستیابی به مدیریت موثر و بهبود الکتروشیمی گوگرد به طراحی هدفمند، توسعه و کاربرد مواد کاربردی پیشرفته بستگی دارد. در میان آنها، نماینده ترین استراتژی توسعه مواد کاربردی با خواص رسانایی، جذب و کاتالیزوری به عنوان میزبان کاتد گوگرد یا جداکننده های اصلاح شده است. از طریق برهمکنش فیزیکی و شیمیایی با لیتیوم پلی سولفید، ماده فعال به ناحیه الکترود مثبت محدود می شود و انحلال و انتشار را مهار می کند و تبدیل الکتروشیمیایی آن را ارتقا می دهد. در نتیجه اثر شاتل را کاهش می دهد و بازده انرژی و ثبات چرخه باتری را بهبود می بخشد [13،14]. بر اساس این ایده، محققان انواع مختلفی از مواد کاربردی را به صورت هدفمند توسعه داده اند، از جمله مواد کربنی، پلیمرهای رسانا، چارچوب های آلی فلزی، اکسیدهای فلزی/سولفیدها/نیتریدها و غیره. نتایج خوبی به دست آمده است [15،16،17، 18،19].

2 کاربرد مواد بر پایه بور در باتری های لیتیوم گوگرد

بور کوچکترین عنصر متالوئیدی است. شعاع اتمی کوچک و الکترونگاتیوی زیاد آن، تشکیل ترکیبات کووالانسی فلزی را آسان می کند. اتم های بور دارای ساختار معمولی کمبود الکترون هستند و پیکربندی الکترون ظرفیت آنها 2s22p1 است. آنها می توانند یک یا چند الکترون را با اتم های دیگر از طریق اشکال هیبریداسیون مختلف برای تشکیل پیوندهای چند مرکزی به اشتراک بگذارند [20،21]. این ویژگی‌ها ساختار بورید را بسیار قابل تنظیم می‌سازد، خواص شیمیایی و فیزیکی منحصر به فرد و غنی را نشان می‌دهد و می‌تواند به طور گسترده در بسیاری از زمینه‌ها مانند صنعت سبک، مصالح ساختمانی، دفاع ملی، انرژی و غیره استفاده شود [22،23]. در مقایسه، تحقیقات بر روی مواد مبتنی بر بور در باتری‌های لیتیوم-گوگرد هنوز در مراحل اولیه است. در سال‌های اخیر، نانوتکنولوژی و روش‌های مشخص‌سازی به پیشرفت خود ادامه داده‌اند، و ویژگی‌های ساختاری مواد مبتنی بر بور به طور مداوم مورد بررسی و توسعه قرار گرفته‌اند، که باعث شده تحقیقات و کاربرد هدفمند آنها در سیستم‌های لیتیوم-گوگرد نیز شروع به ظهور کند. با توجه به این موضوع، این مقاله بر روی مواد معمولی مبتنی بر بور مانند بوروفن، کربن دوپ شده با اتم بور، بوریدهای فلزی و بوریدهای غیرفلزی تمرکز دارد. این مقاله آخرین پیشرفت‌های تحقیقاتی در باتری‌های لیتیوم-گوگرد را بررسی می‌کند، مشکلات موجود را خلاصه می‌کند و منتظر مسیرهای توسعه آینده است.

2.1 بورن

به عنوان یک آلوتروپ بسیار نماینده در بین عناصر بور، بوروفن دارای ساختار دو بعدی با ضخامت یک اتم مشابه گرافن است. در مقایسه با عنصر بور توده ای، خواص الکتریکی، مکانیکی و حرارتی برتری از خود نشان می دهد و یک ستاره در حال ظهور در مواد دو بعدی است [24]. بر اساس تفاوت های توپولوژیکی در آرایش اتم های بور، بوروفن دارای ساختارهای کریستالی غنی و خواص الکترونیکی و همچنین خواص رسانایی ناهمسانگرد است. همانطور که از شکل 2 (الف، ب) مشاهده می شود، الکترون های موجود در بوروفن تمایل دارند در بالای اتم های بور متمرکز شوند و این مناطق قطبش الکترون دارای فعالیت پیوند بالاتری هستند. انتظار می رود که مکان های جذب شیمیایی خوبی برای پلی سولفیدها در سیستم های باتری لیتیوم-گوگرد فراهم کند [25]. در عین حال، فیلم بوروفن دارای رسانایی الکتریکی و پایداری فیزیکی و شیمیایی خوبی است، بنابراین پتانسیل کاربرد خوبی در باتری‌های لیتیوم سولفور دارد.

شکل 2 (الف) مدل‌های ساختاری بوروفن‌های مختلف و توزیع چگالی بار مربوطه آن‌ها، (ب) انرژی‌های جذب پلی‌سولفیدها بر روی بوروفن‌های مختلف[25]

جیانگ و همکاران [26] از طریق محاسبات نظری دریافتند که بوروفن ظرفیت جذب قوی برای پلی سولفید لیتیوم را نشان می دهد. با این حال، این فعل و انفعال قوی همچنین می تواند به راحتی باعث تجزیه خوشه های Li-S شود و منجر به از دست رفتن گوگرد، ماده فعال شود. در مقایسه، سطح بوروفن با ساختار عیب ذاتی، پلی سولفید لیتیوم را به آرامی جذب می‌کند [27]، که به آن اجازه می‌دهد تا رفتار شاتل را محدود کند و در عین حال از تجزیه و تخریب ساختار حلقه جلوگیری کند. انتظار می رود این ماده به ماده جذب لیتیوم پلی سولفید مناسب تری تبدیل شود. در عین حال، نتایج تجزیه و تحلیل نوار انرژی ساختار جذب بوروفن-لیتیوم پلی سولفید نشان می‌دهد که خوشه‌های جذب فلزی هستند، که عمدتاً به دلیل ویژگی‌های فلزی ذاتی بور و قدرت جفت الکتروآکوستیک قوی آن است. انتظار می رود که به فرآیند تبدیل الکتروشیمیایی گوگرد برای به دست آوردن سینتیک واکنش بهتر کمک کند [28]. علاوه بر این، Grixti و همکاران. [29] فرآیند انتشار مولکول های پلی سولفید لیتیوم را در سطح 12-بورن شبیه سازی کرد. مشخص شد که 12-بورن جذب قوی به یک سری از پلی سولفیدهای لیتیوم نشان داد. کمترین سدهای انرژی انتشار مولکول‌های Li2S6 و Li2S4 در جهت صندلی صندلی به ترتیب 0.99 و 0.61 eV هستند، که آسان‌تر از انتشار در جهت زیگزاگ است. به لطف ظرفیت جذب خوب و سد انرژی انتشار متوسط، 12-بورن یک ماده جذب پلی سولفید لیتیوم عالی در نظر گرفته می‌شود که انتظار می‌رود اثر شاتل در باتری‌های لیتیوم-گوگرد را سرکوب کند و برگشت‌پذیری واکنش‌های الکتروشیمیایی گوگرد را بهبود بخشد.

با این حال، بیشتر تحقیقات فعلی در مورد رقت بور در باتری‌های لیتیوم-گوگرد هنوز در مرحله پیش‌بینی نظری باقی می‌مانند و تأییدات تجربی به ندرت گزارش می‌شوند. این عمدتا به دلیل دشواری در تهیه رقیق بور است. وجود بور در دهه 1990 پیش‌بینی شده بود، اما در واقع تا سال 2015 آماده نشده بود [30]. بخشی از دلیل ممکن است این باشد که بور فقط سه الکترون ظرفیت دارد و باید ساختار چارچوبی برای جبران الکترون‌های از دست رفته تشکیل دهد و تشکیل یک ساختار سه بعدی را به جای دوبعدی آسان‌تر می‌کند. در حال حاضر، تهیه بور معمولاً متکی به فناوری هایی مانند اپیتاکسی پرتو مولکولی و خلاء بالا، دمای بالا و شرایط دیگر است و آستانه سنتز بالا است [31]. بنابراین، توسعه یک روش ساده تر و کارآمدتر سنتز رقیق بور، و بررسی تجربی و نشان دادن اثرات آن و مکانیسم های مربوط به آن در باتری های لیتیوم-گوگرد ضروری است.

2.2 اتم های بور کربن دوپ شده

مواد کربنی دوپ شده شیمیایی مواد داغ در زمینه تحقیقات انرژی جدید هستند. دوپینگ عناصر مناسب می تواند مزایای مواد کربنی مانند سبک وزن و رسانایی بالا را حفظ کند، در حالی که به آنها خواص فیزیکی و شیمیایی اضافی برای انطباق با سناریوهای کاربردی مختلف می دهد [32،33]. مواد کربن دوپ شده شیمیایی به طور گسترده در باتری‌های لیتیوم-گوگرد مورد مطالعه قرار گرفته‌اند [34،35]، که در میان آنها دوپینگ با اتم‌های بسیار الکترونگاتیو مانند اتم‌های نیتروژن رایج‌تر است. در مقابل، بور ساختاری با کمبود الکترون دارد و الکترونگاتیو کمتری نسبت به کربن دارد. پس از ادغام در شبکه کربنی الکترومثبت می شود. انتظار می رود که اثر جذب خوبی بر روی آنیون های پلی سولفید با بار منفی ایجاد کند و در نتیجه اثر شاتل را کاهش دهد [36،37].

یانگ و همکاران [38] از کربن متخلخل دوپ شده با بور به عنوان ماده میزبان کاتد گوگرد استفاده کرد و دریافت که دوپینگ بور نه تنها رسانایی الکترونیکی ماده کربن را بهبود می بخشد، بلکه باعث ایجاد قطبش مثبت ماتریس کربن می شود. یون های پلی سولفید با بار منفی به طور موثری از طریق جذب الکترواستاتیکی و برهمکنش لوئیس جذب و لنگر می زنند و در نتیجه انحلال و انتشار آنها را مهار می کنند (شکل 3(a, b)). بنابراین، کاتد گوگرد مبتنی بر کربن متخلخل دوپ شده با بور ظرفیت اولیه بالاتر و عملکرد چرخه ای پایدارتری نسبت به نمونه های کربن خالص و نیتروژن دوپ شده نشان می دهد. خو و همکاران [39] مواد کاتد کامپوزیت نانولوله کربن/سولفور کامپوزیت با اتم بور (BUCNTs/S) را از طریق روش هیدروترمال یک گلدانی بدست آورد. سنتز در محل فاز مایع باعث می شود گوگرد به طور یکنواخت در کامپوزیت توزیع شود، در حالی که دوپینگ بور به ماده میزبان مبتنی بر کربن رسانایی الکتریکی بالاتر و توانایی تثبیت گوگرد قوی تری می دهد. الکترود BUCNTs/S حاصل ظرفیت اولیه 1251 mAh∙g-1 را در 0.2C بدست آورد، و همچنان می‌توانست پس از 400 چرخه، ظرفیت 750 mAh∙g-1 را حفظ کند. علاوه بر میزبان های کاتد گوگرد، مواد کربن دوپ شده با بور نیز نقش مهمی در طراحی جداکننده های عملکردی باتری دارند. هان و همکاران [40] گرافن سبک وزن دوپ شده با بور را روی یک جداکننده سنتی برای ساخت یک لایه اصلاح عملکردی، با استفاده از جذب و استفاده مجدد از پلی سولفیدها برای کاهش موثر اثر شاتل و بهبود میزان استفاده از مواد فعال، پوشش داد.

شکل 3 (الف) طرح ستون فقرات کربن دوپ شده B، (ب) طیف S2p XPS کامپوزیت های گوگرد بر اساس کربن متخلخل آلاییده شده با عناصر مختلف. و (ج) طرح فرآیند تخلیه بار کامپوزیت NBCGN/S، (د) چرخش در 0.2C و (ه) سرعت عملکرد الکترودهای گوگرد بر اساس نانو نوارهای گرافن منحنی دوپ شده با عنصر مختلف[44]

با توجه به ویژگی‌های اساسی عناصر دوپینگ مختلف و حالت‌های عمل متفاوت آن‌ها در ساختار شبکه کربنی، دوپینگ چند عنصری یکی از استراتژی‌های مهم برای تنظیم شیمی سطح مواد کربنی و بهبود واکنش‌های الکتروشیمیایی گوگرد است [41, 42، 43]. در این راستا، گروه تحقیقاتی کوانگ [44] نانوروبان‌های گرافن دوپ شده با نیتروژن و بور (NBCGNs) را برای اولین بار از طریق یک روش هیدروترمال به عنوان ماده میزبان برای کاتد گوگرد سنتز کردند، همانطور که در شکل 3 (c) نشان داده شده است. این مطالعه نشان داد که اثر هم افزایی نیتروژن و بور همراه با دوپینگ نه تنها NBCGN ها را برای به دست آوردن سطح ویژه بزرگتر، حجم منافذ و رسانایی بالاتر تحریک می کند، بلکه به توزیع یکنواخت گوگرد در کاتد نیز کمک می کند. مهمتر از آن، بور و نیتروژن به عنوان مراکز کمبود الکترون و غنی از الکترون در سیستم دوپ شده مشترک عمل می کنند. می توان آن را به ترتیب با Sx2- و Li+ از طریق برهمکنش های لوئیس پیوند داد، در نتیجه پلی سولفید لیتیوم را به طور موثرتری جذب کرد و به طور قابل توجهی چرخه و عملکرد سرعت باتری را بهبود بخشید (شکل 3(d, e)). بر اساس استراتژی های دوپینگ مشابه عناصر الکترونگاتیوی بالا و پایین. جین و همکاران [45] مواد میزبان نانولوله‌های کربنی چند جداره‌ای با بور و اکسیژن را با استفاده از اسید بوریک به‌عنوان ماده ناخالص آماده کرد. باتری حاصل هنوز پس از 100 چرخه، ظرفیت مشخص 937 mAh∙g-1 را حفظ می‌کند، که به طور قابل توجهی بهتر از عملکرد باتری بر اساس لوله‌های کربن معمولی (۴۲۸ mAh∙g-1) است. علاوه بر این، محققان سایر اشکال همکاری دوپینگ را نیز امتحان کرده اند. از جمله گرافن دوپ شده بوروسیلیکات [46]، فلز کبالت و گرافن دوپ شده با نیتروژن بور [47] و غیره، عملکرد باتری را به طور موثر بهبود بخشیده است. اثر هم افزایی اجزای دوپ شده نقش مهمی در بهبود واکنش الکتروشیمیایی گوگرد ایفا می کند.

دوپینگ عنصر بور می تواند به طور موثری رسانایی ذاتی و قطبیت شیمیایی سطحی مواد کربنی را بهبود بخشد، جذب شیمیایی را تقویت کند و رفتار شاتل لیتیوم پلی سولفید را مهار کند، در نتیجه سینتیک و پایداری واکنش الکتروشیمیایی گوگرد را بهبود بخشد و عملکرد باتری را بهبود بخشد. با وجود این، هنوز مشکلات زیادی در تحقیقات مواد کربن دوپ شده با بور در باتری های لیتیوم-گوگرد وجود دارد که نیاز به بررسی و تجزیه و تحلیل بیشتر دارد. به عنوان مثال، تأثیر مقدار دوپینگ بور و پیکربندی دوپینگ بر رسانایی، توزیع بار سطحی و رفتار جذب لیتیوم پلی سولفید مواد کربنی. در عین حال، چگونگی به دست آوردن مواد کربنی با سطوح دوپینگ بور بالا و نحوه کنترل دقیق پیکربندی دوپینگ، همگی به توسعه روش‌ها و فناوری‌های آماده‌سازی پیشرفته بستگی دارد. علاوه بر این، برای سیستم های چند عنصری چند عنصری، ترکیب عناصر دوپینگ مناسب تر هنوز باید بیشتر مورد بررسی قرار گیرد. یک رابطه ساختار-فعالیت سیستماتیک ایجاد کنید تا مکانیسم اثر هم افزایی ساختار دوپ شده و تأثیر آن بر حالت و شدت تعاملات میزبان و مهمان در الکتروشیمی گوگرد مشخص شود.

2.3 بوریدهای فلزی

ترکیبات فلزی به دلیل ویژگی‌های قطبیت شیمیایی ذاتی و شکل‌پذیری مورفولوژیکی و ساختاری خوب، همیشه یک کانون تحقیقاتی برای مواد کاربردی در باتری‌های لیتیوم-گوگرد بوده است. با اکسیدهای فلزی معمولی، سولفیدها، نیتریدها و سایر ترکیبات یونی متفاوت است. بوریدهای فلزی معمولاً از بور و عناصر فلزی بر اساس پیوندهای کووالانسی تشکیل شده اند و ساختار پر شده آنها بخشی از فلزی بودن را به ارث می برد. رسانایی بسیار بالاتری نسبت به سایر ترکیبات فلزی نشان می دهد (شکل 4) [48، 49، 50، 51، 52، 53، 54، 55، 56]، و می تواند یک منبع سریع الکترون برای واکنش های الکتروشیمیایی فراهم کند [57]. در همان زمان، یک ساختار قطبی پیوند یونی محدود محلی بین فلز و بور وجود دارد که می‌تواند مکان‌های جذب خوبی برای پلی سولفیدها فراهم کند [58،59]. علاوه بر این، پایداری بور بسیار الکترونگاتیو پس از آلیاژ شدن با فلزات واسطه تضعیف می‌شود و شرکت در واکنش‌های ردوکس آسان‌تر می‌شود. این امکان را برای بوریدهای فلزی فراهم می‌کند که در واکنش‌های الکتروشیمیایی لیتیوم-گوگرد از طریق واکنش‌های سطحی به عنوان یک واسطه شرکت کنند [60].

شکل 4 مقایسه رسانایی با چندین دسته از ترکیبات فلزی[48,49,50,51,52,53,54,55,56]

گوان و همکاران [61] با بارگذاری نانوذرات Co2B آمورف روی گرافن با استفاده از روش کاهش فاز مایع، یک ماده میزبان برای کاتدهای گوگرد آماده کرد. مطالعات نشان داده اند که بور و کبالت هر دو می توانند به عنوان مکان های جذب برای مهار شیمیایی پلی سولفید لیتیوم عمل کنند و در نتیجه از انحلال و مهاجرت آن جلوگیری کنند. همراه با رسانایی عالی گرافن در برد بلند، باتری پس از 45{7}} چرخه با سرعت 1C همچنان ظرفیت تخلیه 758 میلی‌آمپر ساعت را دارد و نرخ پوسیدگی ظرفیت در هر چرخه {{4} است. {26}}.029٪، عملکرد چرخه عالی را نشان می دهد. بر اساس اثر جذب هم افزایی مشابه، ماده کامپوزیتی Co2B@CNT، که به عنوان جداکننده عملکردی باتری‌های لیتیوم-گوگرد استفاده می‌شود، دارای ظرفیت جذب Li2S6 تا 11.67 میلی‌گرم بر متر است [62]، که می‌تواند به طور موثری از انتشار و نفوذ پلی سولفیدها جلوگیری می کند و به هدف مهار اثر شاتل دست می یابد. بر این اساس، گوان و همکاران. [63] همچنین از کاربید فلزی دو بعدی (MXene) به عنوان حامل برای تهیه یک ماده کامپوزیتی ناهمگون Co2B@MXene استفاده کرد (شکل 5 (a~d)). از طریق محاسبات نظری، مشخص شد که برهمکنش الکترونیکی در رابط اتصال ناهمگون منجر به انتقال الکترون‌ها از Co2B به MXene می‌شود. این اثر جذب و توانایی کاتالیزوری Co2B را برای پلی سولفیدها بهبود می بخشد (شکل 5 (a, b)). بنابراین، نرخ محو شدن ظرفیت باتری بر اساس جداکننده اصلاح شده Co2B@MXene در طول 2000 چرخه تنها 0.0088٪ در هر چرخه است. و در بارگیری گوگرد 5.1 mg∙cm{30}}، ظرفیت ویژه هنوز به اندازه 5.2 mAh∙cm{33}} است (شکل 5(c, d)). لازم به ذکر است که در مقایسه با ساختارهای فاز کریستالی، این نوع مواد بورید فلزی فاز آمورف در تهیه مواد ملایم‌تر و ساده‌تر است. با این حال، قابلیت کنترل و پایداری ساختار اتمی و مولکولی آن نسبتا ضعیف است، که مانع بزرگی برای شفاف‌سازی اجزا و ریزساختار آن و بررسی مکانیسم تأثیر آن بر فرآیند واکنش الکتروشیمیایی گوگرد است.

شکل 5 (الف) پیکربندی‌های جذب Li2S4 روی سطوح Co2B و Co2B@MXene، (ب) طرح توزیع مجدد الکترون در سطح مشترک بین Co2B و MXene، (ج) عملکرد چرخشی سلول‌ها بر اساس Co2B@MXene و سایر جداکننده‌ها، ( د) عملکرد دوچرخه سواری طولانی مدت سلول Co2B@MXene[63]؛ (ه) تصویر شماتیک از گیر افتادن سطحی-شیمیایی پلی سولفیدها بر روی TiB2، (f) تنظیمات جذب و (g) انرژی گونه های گوگرد روی (001) و (111) سطوح TiB2، (h) عملکرد بارگذاری بالا و (i) ) چرخه طولانی مدت الکترود گوگرد مبتنی بر TiB2-63,65]

TiB2 یک بورید فلزی کلاسیک با رسانایی الکتریکی عالی (~1{30}}6 S∙cm-1) است و به طور گسترده در زمینه‌هایی مانند سرامیک‌های رسانا، ماشین‌کاری دقیق و دستگاه‌های الکتروشیمیایی استفاده می‌شود. TiB2 دارای ساختار شش ضلعی معمولی است و دارای سختی و کشش ساختاری بالایی است که به انطباق با تغییر حجم واکنش گوگرد کمک می کند. در عین حال، انتظار می‌رود که تعداد زیادی از ساختارهای غیراشباع روی سطح آن، یک برهم‌کنش شیمیایی سطحی قوی با لیتیوم پلی سولفید [64] ایجاد کند و در نتیجه به اثرات جذب و محصور کردن خوبی دست یابد. لی و همکاران [65] ابتدا گزارش داد که TiB2 به عنوان ماده میزبان برای کاتدهای گوگرد استفاده می شود. همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است، در طول فرآیند ترکیب حرارتی با S، سطح TiB2 تا حدی سولفوره می شود. پلی سولفید لیتیوم تولید شده در طی واکنش به طور موثر از طریق نیروهای واندروالس و برهمکنش های اسید-باز لوئیس جذب می شود و اثر این مکانیسم روی سطح (001) قابل توجه تر است. کاتد گوگرد به‌دست‌آمده سیکل پایداری از 500 سیکل با سرعت 1C به دست آورد، و در همان زمان، ظرفیت ویژه همچنان 3.3 mAh∙cm{15}} پس از 100 چرخه در بارگذاری گوگرد 3.9 mg∙cm{19} حفظ شد. }}. عملکرد الکتروشیمیایی خوبی را نشان داد (شکل 5 (h, i)). بر اساس نتایج تجزیه و تحلیل XPS و محاسبات نظری، اثر جذب عالی لیتیوم پلی سولفید TiB2 باید به مکانیسم "غیرفعال" سطح آن نسبت داده شود. علاوه بر این، گروه تحقیقاتی لو [66] اثرات جذب TiB2، TiC و TiO2 را بر روی پلی سولفید لیتیوم مقایسه کردند و مکانیسم رقابت بین جذب شیمیایی مربوطه و دفع حلالیت را بررسی کردند. نتایج نشان می‌دهد که بور با الکترونگاتیوی پایین‌تر باعث می‌شود TiB2 ظرفیت جذب قوی‌تری داشته باشد و همراه با الکترولیت اتر با ظرفیت حل‌پذیری ضعیف، می‌تواند به طور موثری استفاده از گوگرد را بهبود بخشد و برگشت‌پذیری واکنش‌های الکتروشیمیایی را افزایش دهد. با توجه به این موضوع، TiB2 همچنین برای ساخت جداکننده‌های چند منظوره استفاده شده است [67] که به طور موثری مواد فعال را جذب، لنگر و استفاده مجدد می‌کند و به طور قابل‌توجهی ثبات چرخه باتری را بهبود می‌بخشد. ظرفیت می تواند 85 درصد از مقدار اولیه را پس از 300 چرخه در دمای 0.5 درجه سانتیگراد حفظ کند.

مشابه TiB2، MoB رسانایی خوبی دارد و ساختار دو بعدی ذاتی آن برای آشکار کردن کامل مکان‌های جذب مساعد است و انتظار می‌رود که به یک کاتالیزور کاتد گوگرد خوب تبدیل شود [68]. گروه تحقیقاتی Manthiram در دانشگاه تگزاس در آستین [69] از Sn به عنوان یک عامل کاهنده استفاده کرد و نانوذرات MoB را از طریق یک روش فاز جامد سنتز کرد که قابلیت جذب و کاتالیزوری خوبی برای پلی سولفید لیتیوم نشان داد. MoB دارای رسانایی الکترونیکی بالایی است (1.7×105 S∙m-1)، که می‌تواند یک منبع سریع الکترون برای واکنش‌های گوگرد فراهم کند. در عین حال، خواص سطح آبدوست MoB برای خیس شدن الکترولیت مفید است و به انتقال سریع یون های لیتیوم کمک می کند. این امر استفاده از مواد فعال را در شرایط الکترولیت بدون چربی تضمین می کند. علاوه بر این، MoB در اندازه نانو می‌تواند به طور کامل مکان‌های فعال کاتالیزوری ناشی از اتم‌های بور دارای کمبود الکترون را در معرض دید قرار دهد، و به این ماده اجازه می‌دهد هم فعالیت کاتالیزوری درونی و هم ظاهری عالی داشته باشد. بر اساس این مزایا، حتی اگر MoB به مقدار کمی اضافه شود، می تواند عملکرد الکتروشیمیایی را به طور قابل توجهی بهبود بخشد و عملی قابل توجهی را نشان دهد. باتری به‌دست‌آمده پس از 1،{13}} چرخه با نرخ 1 درجه سانتی‌گراد، تنها 0.03 درصد در هر چرخه کاهش می‌یابد. و در بارگیری گوگرد 3.5 میلی‌گرم سانتی‌متر{17}} و نسبت الکترولیت/گوگرد (E/S) 4.5 میلی‌لیتر بر گرم-1، عملکرد چرخه باتری بسته نرم عالی به دست آمد. علاوه بر این، گروه تحقیقاتی نظر [70] از MgB2 سبک وزن به عنوان محیط تبدیل الکتروشیمیایی برای پلی سولفید لیتیوم استفاده کردند. مشخص شد که هر دو B و Mg می‌توانند به عنوان مکان‌های جذب برای آنیون‌های پلی سولفید، تقویت انتقال الکترون و دستیابی به پایداری چرخه‌ای بهتر در بارگذاری بالای گوگرد (9.3 mg∙cm{26}}) عمل کنند.

این آثار به طور کامل اثربخشی و برتری بوریدهای فلزی در بهبود واکنش های الکتروشیمیایی گوگرد را نشان می دهد. با این حال، در مقایسه با سیستم‌هایی مانند اکسیدهای فلزی و سولفیدها، هنوز گزارش‌های تحقیقاتی نسبتا کمی در مورد بوریدهای فلزی در باتری‌های لیتیوم-گوگرد وجود دارد و تحقیقات در مورد مواد و مکانیسم‌های مرتبط نیز نیاز به گسترش و تعمیق دارد. علاوه بر این، بوریدهای فلزی کریستالی معمولاً دارای استحکام ساختاری بالایی هستند و فرآیند آماده‌سازی مستلزم عبور از موانع انرژی بالا و شامل دمای بالا، فشار بالا و سایر شرایط سخت است که تحقیقات و کاربرد آنها را محدود می‌کند. بنابراین، توسعه روش‌های سنتز برید فلزی ساده، ملایم و کارآمد نیز یک جهت مهم در تحقیقات برید فلزی است.

2.4 بوریدهای غیر فلزی

در مقایسه با بوریدهای فلزی، بوریدهای غیر فلزی معمولاً چگالی کمتر و سبک‌تری دارند، که برای توسعه باتری‌های با چگالی انرژی بالا مفید است. با این حال، رسانایی کمتر آنها باعث ایجاد مقاومت در برابر بازده و سینتیک واکنش‌های الکتروشیمیایی گوگرد می‌شود. در حال حاضر، محققان در ساخت مواد تثبیت کننده گوگرد برای باتری های لیتیوم-گوگرد بر اساس بوریدهای غیرفلزی از جمله نیترید بور، کاربید بور، فسفید بور و سولفید بور پیشرفت خاصی داشته اند [71، 72، 73].

نیترید بور (BN) و کاربید بور (BC) دو بورید غیرفلزی نماینده و به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته اند. BN متشکل از اتم های نیتروژن و اتم های بور است که به طور متناوب به هم متصل شده اند و عمدتاً شامل چهار شکل کریستالی است: شش ضلعی، مثلثی، مکعبی و لوریت [74]. در میان آنها، نیترید بور شش ضلعی (h-BN) ویژگی هایی مانند شکاف باند گسترده، هدایت حرارتی بالا، و پایداری حرارتی و شیمیایی خوب را به دلیل ساختار دو بعدی گرافیت مانند و ویژگی های قطبش الکترونیکی موضعی نشان می دهد [75،76]. ساختار BN دارای ویژگی های قطبی آشکار است و دارای ظرفیت جذب شیمیایی قوی برای پلی سولفید لیتیوم است. در عین حال، ویژگی های شیمیایی سطح را می توان از طریق دوپینگ عنصر و ساخت نقص توپولوژیکی کنترل کرد تا از پایداری ساختار مولکولی پلی سولفید و در عین حال بهبود استحکام جذب آن اطمینان حاصل شود [77]. بر اساس این ایده، یی و همکاران. [78] یک نیترید بور چند لایه (v-BN) فقیر از نیتروژن را به عنوان یک ماده میزبان برای کاتدهای گوگرد گزارش کرد (شکل 6(a)). مطالعات نشان داده اند که جای خالی الکترومثبت در v-BN نه تنها به تثبیت و تبدیل پلی سولفیدها کمک می کند، بلکه باعث تسریع انتشار و مهاجرت یون های لیتیوم می شود. در مقایسه با BN اصلی، کاتد مبتنی بر v-BN ظرفیت اولیه بالاتری در 0.1C (1262 در مقابل 775 mAh∙g-1) و نرخ کاهش ظرفیت بعد از 5{{24} دارد. }0 چرخه در دمای 1C فقط 0.084٪ در هر چرخه است. ثبات دوچرخه سواری خوبی را نشان می دهد. علاوه بر این، او و همکاران. [79] دریافتند که دوپینگ O می تواند قطبیت شیمیایی سطح BN را بیشتر بهبود بخشد، ماده را وادار به تشکیل سطح ویژه بزرگ تری کند و به طور همزمان خواص جذب ذاتی و ظاهری را بهبود بخشد.

شکل 6 (الف) تصویر TEM و ساختار اتمی شماتیک v-BN[78]؛ (ب) طرح غربال یونی کامپوزیت g-C3N4/BN/گرافن و (ج) عملکرد چرخه سلولی Li-S مربوطه[80]؛ (د) تصویر شماتیک و نوری جداکننده سه لایه BN/Celgard/کربن، و (ه) عملکرد چرخه سلولی مربوطه[83]؛ (و) طرح و (ز) تصویر SEM از B4C@CNF و مدل نانوسیم B4C، (ح) انرژی‌های جذب Li2S4 در جنبه‌های مختلف B4C[87]

اگرچه ماده BN دارای خواص جذب شیمیایی خوبی است، رسانایی ضعیف خود برای انتقال بار واکنشی مساعد نیست. بنابراین، طراحی ساختارهای کامپوزیتی با مواد رسانا یک راه مهم برای بهبود بیشتر جذب و عملکرد کاتالیزوری جامع آنها است. با توجه به این موضوع، دنگ و همکاران. [80] یک غربال یونی مرکب بر اساس نیترید کربن گرافیت مانند (g-C3N4)، BN و گرافن به عنوان یک لایه میانی چند منظوره برای باتری‌های لیتیوم-گوگرد طراحی کرد (شکل 6(b)). در میان آنها، کانال های یونی مرتب شده به اندازه 0.3 نانومتر در ساختار g-C3N4 می توانند به طور موثری پلی سولفیدها را مسدود کرده و به یون های لیتیوم اجازه عبور دهند. BN به عنوان یک کاتالیزور واکنش برای ارتقای تبدیل پلی سولفیدها عمل می کند و گرافن به عنوان یک جمع کننده جریان داخلی برای ارائه رسانایی عالی در برد طولانی عمل می کند. . به لطف اثر هم افزایی این سه جزء دوبعدی، باتری حاصل می تواند به طور پایدار برای بیش از 500 چرخه در بارگذاری بالای گوگرد 6 mg∙cm-2 و نرخ 1C چرخه کند. (شکل 6(c)). علاوه بر این، محققان سعی کرده‌اند یک لایه نازک از فیلم کامپوزیت نانوصفحه/گرافن BN را به عنوان یک لایه محافظ به شکل ساده‌تر و مستقیم‌تر روی سطح کاتد اعمال کنند [81،82]. این به طور موثر انحلال و انتشار پلی سولفید لیتیوم را مهار می کند و به طور قابل توجهی ظرفیت خاص و ثبات چرخه کاتد گوگرد را بهبود می بخشد. در طول 1000 چرخه در دمای 3 درجه سانتیگراد، نرخ کاهش ظرفیت تنها 0.0037٪ در هر چرخه است. جالب توجه است که گروه تحقیقاتی Ungyu Paik در دانشگاه هانیانگ [83] ترکیب دیگری از ایده ها را برای ساخت یک جداکننده چند منظوره با ساختار ساندویچی BN/Celgard/کربن اتخاذ کردند. همانطور که در شکل 6 (d) نشان داده شده است، لایه کربنی و لایه BN به ترتیب روی دو طرف الکترود مثبت و منفی جداکننده معمولی پوشانده شده اند. در میان آنها، لایه کربن و لایه BN به طور مشترک می توانند شاتل پلی سولفید لیتیوم را مسدود کرده و انتشار آن را به سطح الکترود منفی محدود کنند. در همان زمان، لایه BN در سمت الکترود منفی نیز رشد دندریت های لیتیوم را محدود می کند. به لطف این مکانیسم حفاظتی مشارکتی، باتری پس از 250 چرخه در دمای 0.5 درجه سانتیگراد دارای میزان نگهداری ظرفیت بالا (76.6%) و ظرفیت ویژه (780.7 mAh∙g-1) است. به طور قابل توجهی بهتر از جداکننده های معمولی و جداکننده های اصلاح شده با کربن خالص (شکل 6(e)).

در مقایسه با N، C دارای الکترونگاتیوی کمتری است، بنابراین اختلاف الکترونگاتیوی بین B و C کم است و در نتیجه قطبیت شیمیایی ضعیف‌تر ساختار BC در مقایسه با NC ایجاد می‌شود. اما در عین حال، تغییر مکان الکترون در ساختار BC افزایش یافته و رسانایی بهتر است [84،85]. بنابراین، BC به طور کلی خواص فیزیکی و شیمیایی نسبتا مکمل را برای BN نشان می دهد. چگالی کم، رسانایی نسبتاً خوب و خواص کاتالیزوری خوب دارد و چشم‌اندازهای کاربردی امیدوارکننده‌ای در زمینه انرژی دارد [86]. لو و همکاران [87] نانوسیم های کاربید بور (B4C@CNF) را در محل روی الیاف کربن به عنوان ماده میزبان کاتد رشد داد (شکل 6 (f~h)). در میان آنها، B4C به طور موثر پلی سولفیدها را از طریق پیوند BS جذب و محدود می کند. در عین حال، شبکه رسانای فیبر کربن آن به سولفور جذب شده کمک می کند تا به سرعت تبدیل شود و سینتیک واکنش را بهبود می بخشد. کاتد گوگرد به‌دست‌آمده پس از 5 0 0 سیکل دارای ظرفیت نگهداری 80% است و می‌تواند به چرخه پایدار تحت محتوای گوگرد بالا (کسر جرمی 70%) و ظرفیت بارگذاری (10.3 mg∙cm {16}}). سونگ و همکاران [88] یک ساختار میزبان سولفور بسیار محدود در اطراف B4C ساخت. این ساختار از کربن پارچه پنبه ای متخلخل فعال به عنوان ماتریس انعطاف پذیر، نانوالیاف B4C به عنوان اسکلت فعال و اکسید گرافن کاهش یافته برای پوشش بیشتر استفاده می کند. به طور موثر محصورسازی فیزیکی و شیمیایی را ترکیب می کند، از دست دادن مواد فعال را کاهش می دهد و به ثبات چرخه عالی می رسد. با توجه به جذب و خواص کاتالیزوری خوب B4C، گروه تحقیقاتی ژائو [89] نانوذرات B4C را به طور یکنواخت در پارچه فیبر کربنی از طریق یک روش رشد به کمک کاتالیزوری درجا برای پراکندگی و افشای موثر مکان‌های فعال توزیع کردند. کاتد گوگرد به‌دست‌آمده دارای ظرفیت اولیه حداکثر 1415 mAh∙g-1 (0.1C) در بارگیری 3.0 mg∙cm{32}} و عمر فوق‌العاده طولانی 3000 سیکل در 1C است که نشان می‌دهد. چشم انداز برنامه خوب

از مطالب فوق می توان دریافت که بورید غیر فلزی دارای اثر جذب و کاتالیزوری خوبی بر روی پلی سولفید لیتیوم است، اما رسانایی آن نسبتاً کم است و همچنان به یک حامل رسانا برای کمک به واکنش الکتروشیمیایی گوگرد نیاز است. در این میان، تفاوت در ساختار الکترونیکی اتم های N و C مجاور باعث می شود که مواد BN و BC از نظر رسانایی و برهمکنش با پلی سولفید لیتیوم مزایا و معایب خاص خود را داشته باشند. با توجه به این موضوع، ترکیب با سولفید بور، فسفید بور، اکسید بور و غیره، می توان از این نوع بورید غیر فلزی به عنوان یک حامل و پلت فرم مناسب برای مطالعه رابطه ساختار-فعالیت بین ساختار قطبی شیمیایی محلی و کاتالیزور جذب استفاده کرد. توانایی انتظار می رود که همبستگی و تجزیه و تحلیل سیستماتیک بیشتر به درک فرآیندهای واکنش میکروسکوپی مربوطه، تنظیم ساختار ظریف مواد و بهبود عملکرد الکتروشیمیایی باتری ها کمک کند. علاوه بر این، کاربرد و توسعه بیشتر بوریدهای غیر فلزی در باتری‌های لیتیوم-گوگرد همچنان نیازمند تکیه بر بهبود و بهینه‌سازی آماده‌سازی آنها است. توسعه فناوری‌های آماده‌سازی ساده و ملایم، همزمان با توسعه ساختارهای مواد با رسانایی ذاتی بالاتر و طراحی مواد کامپوزیتی کارآمدتر برای متعادل کردن و در نظر گرفتن رسانایی، جذب و اثرات کاتالیزوری.

3 نتیجه گیری

به طور خلاصه، باتری‌های لیتیوم-گوگرد به دلیل واکنش‌های انتقال چند الکترونی، چگالی انرژی نظری بالایی دارند. با این حال، مکانیسم واکنش تبدیل آنها و رسانایی ضعیف ذاتی مواد فعال مانع از تحقق مزایا می شود. مواد بر پایه بور دارای ویژگی های فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد و خواص الکتروشیمیایی هستند. طراحی هدفمند و کاربرد منطقی آنها راه‌های موثری برای کاهش اثر شاتل باتری‌های لیتیوم-گوگرد و بهبود سینتیک واکنش و برگشت‌پذیری است. آنها در سال های اخیر به سرعت توسعه یافته اند. با این حال، تحقیق و کاربرد مواد مبتنی بر بور در باتری‌های لیتیوم-گوگرد هنوز در مراحل اولیه است و طراحی ساختار مواد و مکانیسم عمل آن بر فرآیند واکنش الکتروشیمیایی باتری نیاز به توسعه و کاوش بیشتری دارد. با ترکیب ویژگی‌های مواد و پیشرفت تحقیقات فوق، نویسنده بر این باور است که توسعه آینده مواد مبتنی بر بور در باتری‌های لیتیوم-گوگرد باید به جهات زیر توجه بیشتری داشته باشد:

1) سنتز مواد. تهیه مصنوعی یک مشکل رایج است که مواد بر پایه بور فوق الذکر با آن مواجه هستند. نیاز مبرمی به توسعه روش‌های آماده‌سازی مواد ساده‌تر، ملایم‌تر و کارآمدتر وجود دارد تا پایه‌ای مادی برای تحقیقات مکانیزم و ارتقای کاربرد فراهم شود. در میان آنها، تهیه بوریدهای فلزی آمورف با روش احیای فاز مایع یک جهت توسعه امیدوارکننده است. در عین حال، استفاده از مزایا و تجربیات آن، کاوش و توسعه مسیرهای مصنوعی مبتنی بر روش‌های حلال گرمایی یا نمک مذاب نیز ممکن است ایده‌های جدیدی برای تهیه مواد مبتنی بر بور ارائه دهد. علاوه بر این، در طول فرآیند آماده‌سازی بورید، باید توجه ویژه‌ای به کنترل و طراحی نانوساختار و پایداری آن برای رفع نیازهای ویژگی‌های واکنش رابط باتری‌های لیتیوم-گوگرد معطوف شود.

2) اکتشاف مکانیسم. مواد بر پایه بور دارای ویژگی های شیمیایی سطح منحصر به فرد و غنی هستند. روش‌های شناسایی درجا باید برای مطالعه بیشتر برهم‌کنش‌های میزبان-میهمان بین مواد مبتنی بر بور و پلی سولفیدها استفاده شود. توجه ویژه باید به سولفاتاسیون برگشت ناپذیر سطح، اکسیداسیون و احیای خودالکتروشیمیایی و غیره شود تا عوامل ساختاری تعیین کننده قابلیت جذب و کاتالیزوری آن آشکار شود و راهنمایی نظری و مبنایی برای طراحی و توسعه هدفمند مواد ارائه شود. علاوه بر این، برای بوریدهای فلزی آمورف نماینده، لازم است به تفاوت در ریزساختار و خواص فیزیکی و شیمیایی مرتبط بین بوریدهای آمورف و کریستالی توجه ویژه ای شود و با توسعه فناوری های تجزیه و تحلیل ساختاری و تجزیه و تحلیل خصوصیات خصوصیات مربوطه همکاری شود. از استنباط برهمکنش بین مواد آمورف، پلی سولفید لیتیوم و فرآیند واکنش آن صرفاً بر اساس ساختار کریستالی خودداری کنید.

3) ارزیابی عملکرد. برای بهینه سازی سیستم ارزیابی مواد و باتری، ضمن افزایش بارگذاری سطح گوگرد، باید به تنظیم پارامترهای کلیدی مانند ضخامت و تخلخل الکترود توجه بیشتری شود تا به طور همزمان کیفیت و چگالی انرژی حجمی الکترود بهبود یابد. علاوه بر این، خواص الکتروشیمیایی تحت شرایط دوز الکترولیت کم (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.

به طور خلاصه، این مقاله بر روی مواد مبتنی بر بور تمرکز دارد و آخرین پیشرفت های تحقیقاتی بروفن، کربن دوپ شده با اتم بور، بوریدهای فلزی و بوریدهای غیر فلزی در سیستم های باتری لیتیوم-گوگرد را بررسی می کند. امیدوارم بتواند مرجع و الهام بخش همکاران باشد، توسعه و کاربرد مواد مبتنی بر بور را در زمینه انرژی های جدید گسترش دهد و توسعه عملی باتری های لیتیوم-گوگرد را ترویج دهد.

منابع

[1] DUNN B، KAMATH H، TARASCON J M. ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی برای شبکه: باتری انتخاب‌ها. Science, 2011,334(6058):928-935.

[2] ARICO AS، BRUCE P، SCROSATI B، و همکاران. مواد نانوساختار برای دستگاه های پیشرفته تبدیل انرژی و ذخیره سازی. مواد طبیعی، 2005، 4(5):366-377.

[3] LIANG YR، ZHAO CZ، YUAN H، و همکاران. بررسی باتری های قابل شارژ برای دستگاه های الکترونیکی قابل حمل. InfoMat، 2019، 1(1):6-32.

[4] GOODENOUGH JB، PARK K S. باتری قابل شارژ لیتیوم یون: یک چشم انداز. Journal of the American Chemical Society, 2013,135(4):1167-1176.

[5] TARASCON JM، ARMAND M. مسائل و چالش های پیش روی باتری های لیتیومی قابل شارژ. طبیعت، 2011،414:171-179.

[6] JIN GY، HE HC، WU J، و همکاران. چارچوب کربن توخالی دوپ شده با کبالت به عنوان میزبان گوگرد برای کاتد باتری لیتیوم گوگرد. Journal of Inorganic Materials, 2021,36(2):203-209.

[7] FANG R، ZHAO SY، SUN ZH، و همکاران. باتری های لیتیوم گوگرد قابل اعتماد تر: تاتوس، راه حل ها و چشم انداز. Advanced Materials, 2017,29(48):1606823.

[8] HU JJ، LI GR، GAO X P. وضعیت فعلی، مشکلات و چالش‌ها در باتری‌های لیتیوم-گوگرد. Journal of Inorganic Materials, 2013,28(11):1181-1186.

[9] LI GR، WANG S، ZHANG YN، و همکاران. بررسی مجدد نقش پلی سولفیدها در باتری های لیتیوم-گوگرد. مواد پیشرفته، 2018، 30 (22): 1705590.

[10] PENG HJ، HUANG JQ، ZHANG Q. مروری بر باتری های قابل شارژ لیتیوم-گوگرد انعطاف پذیر و فلز قلیایی-کلکوژن مشابه. Chemical Society Reviews, 2017,46(17):5237-5288.

[11] JANA M، XU R، CHENG XB، و همکاران. طراحی منطقی نانومواد دو بعدی برای باتری های لیتیوم-گوگرد. انرژی و علوم محیطی، 2020،13(4):1049-1075.

[12] HE JR، MANTHIRAM A. مروری بر وضعیت و چالش‌های الکتروکاتالیست‌ها در باتری‌های لیتیوم-گوگرد. مواد ذخیره انرژی، 2019، 20:55-70.

[13] SEH ZW، SUN YM، ZHANG QF، و همکاران. طراحی باتری های لیتیوم سولفور پر انرژی Chemical Society Reviews, 2016,45(20):5605-5634.

[14] JI XL، EVERS S، BLACK R، و همکاران. تثبیت کاتدهای لیتیوم سولفور با استفاده از مخازن پلی سولفید ارتباطات طبیعت، 2011، 2:325.

[15] ZHANG Z، KONG LL، LIU S، و همکاران. یک کامپوزیت گوگرد/کربن با راندمان بالا بر اساس ماتریس نانو ورق گرافن 3 بعدی @ نانولوله کربنی به عنوان کاتد برای باتری لیتیوم-گوگرد. مواد انرژی پیشرفته، 2017، 7 (11): 1602543.

[16] XU WC، PAN XX، MENG X، و همکاران. یک ماده میزبان گوگرد رسانا شامل نانوذرات نیترید وانادیم بسیار ریز برای باتری لیتیوم گوگرد با کارایی بالا. Electrochimica Acta، 2020,331:135287.

[17] LIU YT، LIU S، LI GR، و همکاران. کاتد گوگرد با چگالی انرژی حجمی بالا با میزبان اکسید فلزی سنگین و کاتالیزوری برای باتری لیتیوم گوگرد. علوم پیشرفته، 2020، 7 (12): 1903693.

[18] CHEN HH، XIAO YW، CHEN C، و همکاران. جداکننده اصلاح شده MOF رسانا برای کاهش اثر شاتل باتری لیتیوم-گوگرد از طریق روش فیلتراسیون. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019,11(12):11459-11465.

[19] YOO J، CHO SJ، JUNG GY، و همکاران. COF-net روی شبکه CNT به عنوان یک تله شیمیایی متخلخل سلسله مراتبی با طراحی مولکولی برای پلی سولفیدها در باتری های لیتیوم-گوگرد. Nano Letters, 2016,16(5):3292-3300.

[20] HU Y، LIU C. معرفی 1،{2}}مهاجرت برای ترکیبات ارگانوبور. دانشگاه شیمی، 2019، 34(12):39-44.

[21] SOREN KM، SUNING W. مواد پاسخگو به محرک‌های مبتنی بر بور. بررسی‌های انجمن شیمی، 2019، 48(13):3537-3549.

[22] HUANG ZG، WANG SN، DEWHURST RD، و همکاران. بور: نقش آن در فرآیندها و کاربردهای مرتبط با انرژی Angewandte Chemie International Edition, 2020,59(23):8800-8816.

[23] ZHU YH، GAO SM، HOSMANE N S. مواد انرژی پیشرفته غنی شده با بور. Inorganica Chimica Acta، 2017,471:577-586.

[24] KHAN K، TAREEN AK، ASLAM M، و همکاران. سنتز، خواص و کاربردهای جدید الکتروکاتالیستی زنن های 2 بعدی-بوروفن پیشرفت در شیمی حالت جامد، 2020، 59:100283.

[25] RAO DW، LIU XJ، YANG H، و همکاران. رقابت سطحی بین یک کاتد مبتنی بر بوروفن و الکترولیت برای تثبیت چند سولفیدی یک باتری سولفور لیتیوم. Journal of Materials Chemistry A, 2019,7(12):7092-7098.

[26] JIANG HR، SHYY W، LIU M، و همکاران. بوروفن و بوروفن معیوب به عنوان مواد لنگر بالقوه برای باتری های لیتیوم-گوگرد: یک مطالعه اصول اولیه Journal of Materials Chemistry A, 2018,6(5):2107-2114.

[27] ZHANG CY، HE Q، CHU W، و همکاران. فلزات واسطه ناهمساختار بوروفن-گرافن را برای لنگر انداختن قوی پلی سولفیدی دوپ کردند: یک مطالعه اصلی Applied Surface Science, 2020,534:147575.

[28] ZHANG L، LIANG P، SHU HB، و همکاران. بوروفن به عنوان میزبان گوگرد کارآمد برای باتری های لیتیوم-گوگرد: سرکوب اثر شاتل و بهبود هدایت. Journal of Physical Chemistry C, 2017,121(29):15549-15555.

[29] GRIXTI S، MUKHERJEE S، SINGH C V. بور دو بعدی به عنوان یک ماده کاتد باتری لیتیوم-گوگرد قابل توجه. مواد ذخیره انرژی، 2018، 13:80-87.

[30] MANNIX AJ، ZHOU XF، KIRALY B، و همکاران. سنتز بوروفن ها: پلی مورف های ناهمسانگرد، دو بعدی بور. Science, 2015,350(6267):1513-1516.

[31] FENG BJ، ZHANG J، ZHONG Q، و همکاران. اجرای آزمایشی ورق های بور دو بعدی. Nature Chemistry, 2016,8(6):564-569.

[32] PARAKNOWITSCH JP، THOMAS A. کربن‌های دوپینگ فراتر از نیتروژن: مروری بر کربن‌های دوپ‌شده هترواتم پیشرفته با بور، گوگرد و فسفر برای کاربردهای انرژی. انرژی و علوم محیطی، 2013، 6(10):2839-2855.

[33] WANG HB، MAIYALAGAN T، WANG X. مروری بر پیشرفت اخیر در گرافن دوپ شده با نیتروژن: سنتز، خصوصیات، و کاربردهای بالقوه آن. ACS Catalysis, 2012,2(5):781-794.

[34] XIE Y، MENG Z، CAI TW، و همکاران. اثر دوپینگ بور بر روی آئروژل گرافن که به عنوان کاتد برای باتری لیتیوم گوگرد استفاده می شود. ACS Applied Materials & Interfaces, 2015,7(45):25202-25210.

[35] SHI PC، WANG Y، LIANG X، و همکاران. ورق های گرافن دوپ شده با بور به طور همزمان لایه برداری می شود تا گوگرد را برای کاربرد در باتری های لیتیوم-گوگرد محصور کند. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2018,6(8):9661-9670.

[36] YANG LJ، JIANG SJ، ZHAO Y، و همکاران. نانولوله های کربنی دوپ شده با بور به عنوان الکتروکاتالیست های بدون فلز برای واکنش کاهش اکسیژن. Angewandte Chemie International Edition, 2011,50(31):7132-7135.

[37] AI W، LI JW، DU ZZ، و همکاران. محصور شدن دوگانه پلی سولفیدها در کره کربن متخلخل دوپ شده با بور / هیبرید گرافن برای باتری های پیشرفته Li-S. پژوهش نانو، 2018، 11(9):4562-4573.

[38] YANG CP، YIN YX، YE H، و همکاران. بینش تأثیر دوپینگ بور بر کاتد گوگرد / کربن در باتری های لیتیوم-گوگرد. ACS Applied Materials & Interfaces, 2014,6(11):8789-8795.

[39] XU CX، ZHOU HH، FU CP، و همکاران. سنتز هیدروترمال نانولوله‌های کربنی زیپ‌نشده با بور/کامپوزیت گوگرد برای باتری‌های لیتیوم-گوگرد با کارایی بالا. Electrochimica Acta, 2017,232:156-163.

[40] HAN P، MANTHIRAM A. جداکننده‌های روکش‌شده با اکسید گرافن احیا شده با بور و نیتروژن برای باتری‌های لیتیوم S با کارایی بالا. مجله منابع نیرو، 2017,369:87-94.

[41] HOU TZ، CHEN X، PENG HJ، و همکاران. اصول طراحی برای نانوکربن دوپ شده با هترواتم برای دستیابی به لنگر قوی پلی سولفیدها برای باتری های لیتیوم-گوگرد. Small, 2016,12(24):3283-3291.

[42] XIONG DG، ZHANG Z، HUANG XY، و همکاران. تقویت محصور پلی سولفید در نانوصفحات کربن متخلخل سلسله مراتبی با کد B/N از طریق برهمکنش اسید-باز لوئیس برای باتری های Li-S پایدار. مجله شیمی انرژی، 2020، 51:90-100.

[43] YUAN SY، BAO JL، WANG LN، و همکاران. لایه کربنی غنی از نیتروژن و بور با پشتیبانی از گرافن برای بهبود عملکرد باتری های لیتیوم-گوگرد به دلیل افزایش جذب شیمیایی پلی سولفیدهای لیتیوم. مواد انرژی پیشرفته، 2016، 6 (5): 1501733.

[44] CHEN L، FENG JR، ZHOU HH، و همکاران. آماده‌سازی هیدروترمال نانوروبان‌های گرافن منحنی با نیتروژن و بور با مقادیر ناخالص بالا برای کاتدهای باتری سولفور لیتیوم با کارایی بالا. Journal of Materials Chemistry A, 2017,5(16):7403-7415.

[45] JIN CB، ZHANG WK، ZHUANG ZZ، و همکاران. جذب شیمیایی سولفیدی پیشرفته با استفاده از نانولوله‌های کربنی چند جداره دوپه‌شده با بور و اکسیژن برای باتری‌های پیشرفته لیتیوم-گوگرد. Journal of Materials Chemistry A, 2017,5(2):632-640.

[46] ULLAH S، DENIS PA، SATO F. افزایش غیرمعمول انرژی های جذب سدیم و پتاسیم در گرافن کدوپ شده با گوگرد-نیتروژن و سیلیکون-بور. ACS Omega, 2018,3(11):15821-15828.

[47] ZHANG Z، XIONG DG، SHAO AH، و همکاران. ادغام کبالت فلزی و هترواتم های N/B در نانو ورقه های کربن متخلخل به عنوان بی حرکت کننده گوگرد کارآمد برای باتری های لیتیوم-گوگرد. کربن، 2020،167: 918-929.

[48] ​​WANG P، KUMAR R، SANKARAN EM، و همکاران. دی‌بورید وانادیوم (VB2) در فشار بالا سنتز می‌شود: خواص الاستیک، مکانیکی، الکترونیکی و مغناطیسی و پایداری حرارتی. شیمی معدنی، 2018،57(3):1096-1105.

[49] HE GJ، LING M، HAN XY، و همکاران. الکترودهای خودایستاد با ساختارهای پوسته هسته برای ابرخازن‌های با کارایی بالا. مواد ذخیره انرژی، 2017، 9:119-125.

[50] WANG CC، AKBAR SA، CHEN W، و همکاران. خواص الکتریکی اکسیدها، بوریدها، کاربیدها و نیتریدها با دمای بالا مجله علوم مواد، 1995، 30(7):1627-1641.

[51] XIAO ZB، YANG Z، ZHANG LJ، و همکاران. گرافن دوپ شده از نوع ساندویچ NbS2@S@I برای باتری‌های گوگرد لیتیومی با سولفور بالا، نرخ فوق‌العاده بالا و عمر طولانی. ACS Nano, 2017,11(8):{11}}.

[52] WANG LJ، LIU FH، ZHAO BY، و همکاران. نانوکاسه‌های کربنی پر شده با نانوصفحات MoS2 به عنوان مواد الکترود برای ابرخازن‌ها. ACS Applied Nano Materials, 2020,3(7):6448-6459.

[53] BALACH J، LINNEMANN J، JAUMANN T، و همکاران. مواد نانوساختار مبتنی بر فلز برای باتری های پیشرفته لیتیوم-گوگرد. Journal of Materials Chemistry A, 2018,6(46):23127-23168.

[54] BEN-DOR L، SHIMONY Y. ساختار کریستالی، حساسیت مغناطیسی و هدایت الکتریکی MoO2 و WO2 خالص و دوپ شده با NiO. بولتن تحقیقات مواد، 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، و همکاران. اکسیدهای مبتنی بر Nb به عنوان مواد آندی برای باتری های لیتیوم یونی. پیشرفت در شیمی، 2015، 27(2/3):297-309.

[57] TAO Q، MA SL، CUI T، و همکاران. ساختارها و خواص بوریدهای فلزی واسطه کاربردی Acta Physica Sinica, 2017,66(3):036103.

[58] SHEN YF، XU C، HUANG M، و همکاران. پیشرفت‌های تحقیق در مورد خوشه‌های بور، بوران و ترکیبات بور آلاییده شده با فلز. پیشرفت در شیمی، 2016، 28(11):1601-1614.

[59] GUPTA S، PATEL MK، MIOTELLO A، و همکاران. کاتالیزورهای مبتنی بر برید فلزی برای تقسیم آب الکتروشیمیایی: بررسی مواد کاربردی پیشرفته، 2020، 30 (1): 1906481.

[60] WU F، WU C. باتری های ثانویه جدید و مواد کلیدی آنها بر اساس مفهوم واکنش چند الکترونی. بولتن علوم چینی، 2014، 59(27):3369-3376.

[61] GUAN B، FAN LS، WU X، و همکاران. سنتز آسان و بهبود عملکرد باتری لیتیوم-گوگرد یک کاتد کامپوزیت کبالت آمورف (Co2B) @graphene. Journal of Materials Chemistry A, 2018,6(47):24045-24049.

[62] GUAN B، ZHANG Y، FAN LS، و همکاران. مسدود کردن پلی سولفید با Co2B@CNT از طریق "اثر جذب سینرژیک" به سمت قابلیت بسیار بالا و باتری لیتیوم-گوگرد قوی. ACS Nano, 2019,13(6):6742-6750.

[63] GUAN B، SUN X، ZHANG Y، و همکاران. کشف تعامل الکترونیکی سطحی در کبالت boride@MXene برای باتری های لیتیوم-گوگرد با کارایی بالا. حروف شیمی چینی، 2020، 32 (7):2249-2253.

[64] BASU B، RAJU GSURI A. پردازش و خواص مواد یکپارچه مبتنی بر TiB2. International Materials Reviews, 2006,51(6):352-374.

[65] LI CC، LIU XB، ZHU L، و همکاران. بورید تیتانیوم رسانا و قطبی به عنوان میزبان گوگرد برای باتری های لیتیوم-گوگرد پیشرفته. Chemistry of Materials, 2018,30(20):6969-6977.

[66] LI ZJ، JIANG HR، LAI NC، و همکاران. طراحی رابط موثر حلال-کاتالیزور برای تبدیل کاتالیزوری گوگرد در باتری های لیتیوم-گوگرد. mistry of Materials, 2019,31(24):10186-10196.

[67] JIN LM، NI J، SHEN C، و همکاران. رسانای فلزی TiB2 به عنوان یک اصلاح کننده جداکننده چند منظوره برای باتری های سولفور لیتیوم بهبودیافته. مجله منابع برق، 2020,448:227336.

[68] WU R، XU HK، ZHAO YW، و همکاران. چارچوب مولیبدن MoB2 در زیر واحدهای بور مانند بوروفن، باتری‌های لیتیوم-گوگرد مبتنی بر Li2S{6}} پایدار و سریع الاثر را قادر می‌سازد. مواد ذخیره انرژی، 2020،32:{10}}.

[69] HE JR، BHARGAV A، MANTHIRAM A. بورید مولیبدن به عنوان یک کاتالیزور کارآمد برای ردوکس پلی سولفید برای فعال کردن باتری‌های لیتیوم گوگرد با چگالی بالا. مواد پیشرفته، 2020،32 (40): 2004741.

[70] PANG Q، KWOK CY، KUNDU D، و همکاران. MgB2 فلزی سبک، واسطه ردوکس پلی سولفید است و باتری های لیتیوم گوگردی با چگالی انرژی بالا را نوید می دهد. ژول، 2019، 3(1):136-148.

[71] YU TT، GAO PF، ZHANG Y، و همکاران. تک لایه بور-فسفید به عنوان یک ماده لنگر بالقوه برای باتری های لیتیوم-گوگرد: یک مطالعه اصول اولیه Applied Surface Science, 2019,486:281-286.

[72] JANA S، THOMAS S، LEE CH، و همکاران. تک لایه B3S: پیش‌بینی یک ماده آند با کارایی بالا برای باتری‌های لیتیوم یون. Journal of Materials Chemistry A, 2019,7(20):12706-12712.

[73] SUN C، HAI CX، ZHOU Y، و همکاران. نانوالیاف نیترید بور بسیار کاتالیزوری در محل روی کتجن بلک پیش تیمار شده به عنوان کاتدی برای بهبود عملکرد باتری‌های لیتیوم-گوگرد رشد می‌کند. ACS Applied Energy Materials, 2020,3(11):10841-10853.

[74] ARENAL R، LOPEZ BEZANILLA A. مواد نیترید بور: نمای کلی از ساختارهای 0D تا سه بعدی (نانو). Wiley Interdisciplinary Reviews-Computational Molecular Science, 2015,5(4):299-309.

[75] JIANG XF، WENG QH، WANG XB، و همکاران. پیشرفت های اخیر در ساخت و کاربردهای نانومواد نیترید بور: بررسی مجله علم و فناوری مواد، 2015، 31(6):589-598.

[76] PRAKASH A، NEHATE SD، SUNDARAM K B. آشکارسازهای UV فلزی-عایق-فلزی مبتنی بر نیترید کربن بور برای کاربردهای محیطی خشن. Optics Letters, 2016,41(18):4249-4252.

[77] ZHAO YM، YANG L، ZHAO JX، و همکاران. نحوه فعال سازی نانوصفحات بی اثر نیترید بور برای تثبیت پلی سولفیدها برای باتری های لیتیوم-گوگرد: یک مطالعه محاسباتی. Physical Chemistry Chemical Physics, 2017,19(28):18208-18216.

[78] YI YK، LI HP، CHANG HH، و همکاران. نیترید بور چند لایه با جای خالی نیتروژن مهندسی شده برای ترویج تبدیل پلی سولفید به عنوان ماتریس کاتدی برای باتری های لیتیوم-گوگرد. شیمی، 2019، 25(34):8112-8117.

[79] HE B، LI WC، ZHANG Y، و همکاران. Paragenesis BN/CNTs هیبرید به عنوان یک میزبان گوگرد مونوکلینیک برای باتری لیتیوم-گوگرد با سرعت بالا و عمر بسیار طولانی. Journal of Materials Chemistry A, 2018,6(47):24194-24200.

[80] DENG DR، BAI CD، XUE F، و همکاران. غربال یونی چند منظوره ساخته شده توسط مواد دو بعدی به عنوان یک لایه میانی برای باتری های Li-S. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019,11(12):11474-11480.

[81] SUN K، GUO PQ، SHANG XN، و همکاران. جداکننده‌های اصلاح‌شده نیترید کربن بور بین‌تخلخل/گرافن به‌عنوان سد پلی‌سولفیدی کارآمد برای باتری‌های لیتیوم-گوگرد بسیار پایدار. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2019,842:34-40.

[82] FAN Y، YANG Z، HUA WX، و همکاران. نانوصفحات بور نیترید کارکرده / لایه میانی گرافن برای باتری های لیتیوم-گوگرد سریع و با عمر طولانی. Advanced Energy Materials, 2017,7(13):1602380.

[83] KIM PJH، SEO J، FU K، و همکاران. اثر محافظتی سینرژیک جداکننده BN-کربن برای باتری های لیتیوم گوگرد بسیار پایدار. مواد NPG آسیا، 2017، 9 (4): e375.

[84] PRAMANICK A، DEY PP، DAS P K. تجزیه و تحلیل ریزساختار، فاز و هدایت الکتریکی کاربید بور متخلخل پلاسمای جرقه ای که با WEDM ماشینکاری شده است. Ceramics International, 2020,46(3):2887-2894.

[85] یگانه م، صراف ح.، کافی ف، و همکاران. بررسی اصول اولیه خواص ارتعاشی، الکترونیکی و نوری کاربید بور شبه گرافن ارتباطات حالت جامد، 2020,305:113750.

[86] CHANG YK، SUN XH، MA MD، و همکاران. کاربرد مواد سرامیکی سخت B4C در ذخیره سازی انرژی: نانوذرات هسته پوسته B4C@C را به عنوان الکترود برای میکرو ابرخازن های انعطاف پذیر تمام حالت جامد با چرخه پذیری فوق العاده بالا طراحی کنید. انرژی نانو، 2020,75:104947.

[87] LUO L، CHUNG SH، ASL HY، و همکاران. باتری های لیتیوم-گوگرد با عمر طولانی با یک بستر کاتدی دو منظوره که با نانوسیم های کاربید بور پیکربندی شده است. مواد پیشرفته، 2018، 30 (39): 1804149.

[88] SONG NN، GAO Z، ZHANG YY، و همکاران. باتری‌های لیتیوم-گوگرد انعطاف‌پذیر با قابلیت اسکلت نانو B4C. انرژی نانو، 2019، 58:30-39.

[89] ZHANG RH، CHI C، WU MC، و همکاران. یک باتری Li-S با عمر طولانی که توسط یک کاتد ساخته شده از نانوذرات B4C با توزیع خوب الیاف پنبه فعال می شود. مجله منابع برق، 2020,451:227751.