Kemajuan Terkini Bahan Berbasis Boron dalam Baterai Lithium-sulfur
Pengarang:LI Gaoran, LI Hongyang, ZENG Haibo
Laboratorium Utama MIIT untuk Material dan Perangkat Tampilan Canggih, Institut Material Nano Optoelektronik, Sekolah Sains dan Teknik Material, Universitas Sains dan Teknologi Nanjing, Nanjing 210094
Abstrak
Baterai litium-sulfur (Li-S) memainkan peran penting dalam pengembangan teknologi penyimpanan energi elektrokimia generasi mendatang karena kepadatan energinya yang tinggi dan biayanya yang rendah. Namun, penerapan praktisnya masih terhambat oleh kinetika yang lamban dan rendahnya reversibilitas reaksi konversi, yang berkontribusi terhadap kapasitas praktis yang relatif rendah, inefisiensi Coulomb, dan ketidakstabilan siklus. Dalam hal ini, desain rasional bahan fungsional konduktif, adsorptif, dan katalitik menghadirkan jalur penting untuk menstabilkan dan meningkatkan elektrokimia belerang. Memanfaatkan struktur atom dan elektronik boron yang unik, bahan berbasis boron menunjukkan sifat fisik, kimia, dan elektrokimia yang beragam dan dapat disesuaikan, serta telah mendapat perhatian penelitian ekstensif dalam baterai Li-S. Makalah ini mengulas kemajuan penelitian terbaru dari bahan berbasis boron, termasuk borofena, karbon yang didoping atom boron, borida logam, dan borida non-logam dalam baterai Li-S, menyimpulkan permasalahan yang tersisa dan mengusulkan perspektif pengembangan masa depan.
Kata kunci:baterai lithium-sulfur, borida, doping kimia, borofena, efek antar-jemput, ulasan
Mengembangkan energi terbarukan yang ramah lingkungan, mengembangkan metode konversi dan penyimpanan energi yang canggih, serta membangun sistem energi yang efisien dan bersih adalah pilihan yang tidak dapat dihindari untuk menghadapi krisis energi dan perubahan iklim di dunia saat ini. Teknologi penyimpanan energi elektrokimia, yang diwakili oleh baterai, dapat mengubah dan menyimpan energi baru yang ramah lingkungan dan memanfaatkannya dalam bentuk yang lebih efisien dan nyaman, memainkan peran penting dalam mendorong ekonomi energi hijau dan pembangunan berkelanjutan [1,2]. Di antara banyak teknologi baterai, baterai lithium-ion memiliki keunggulan kepadatan energi yang tinggi dan tidak ada efek memori. Ini telah mencapai perkembangan pesat sejak komersialisasinya pada tahun 1991, dan telah banyak digunakan dalam kendaraan listrik, perangkat elektronik portabel, pertahanan nasional dan bidang lainnya [3,4]. Namun, dengan terus berkembangnya peralatan listrik, baterai lithium-ion tradisional tidak mampu memenuhi permintaan energi yang terus meningkat. Dengan latar belakang ini, baterai litium-sulfur telah menarik perhatian luas karena kapasitas spesifik teoritisnya yang tinggi (1675 mAh·g-1) dan kepadatan energi (2600 Wh∙kg-1). Pada saat yang sama, sumber daya belerang yang melimpah, tersebar luas, berharga murah, dan ramah lingkungan, menjadikan baterai litium-belerang menjadi pusat penelitian di bidang baterai sekunder baru dalam beberapa tahun terakhir [5,6].
1 Prinsip kerja dan permasalahan yang ada pada baterai lithium-sulfur
Baterai litium-belerang biasanya menggunakan unsur belerang sebagai elektroda positif dan litium logam sebagai elektroda negatif. Struktur dasar baterai ditunjukkan pada Gambar 1(a). Reaksi elektrokimia adalah proses reaksi konversi multi-langkah yang melibatkan transfer elektron ganda, disertai transisi fase padat-cair dan serangkaian zat antara litium polisulfida (Gambar 1(b)) [7,8]. Diantaranya, unsur belerang dan Li2S2/Li2S rantai pendek yang terletak di kedua ujung rantai reaksi tidak larut dalam elektrolit dan berada dalam bentuk presipitasi pada permukaan elektroda. Litium polisulfida rantai panjang (Li2Sx, 4 Kurang dari atau sama dengan x Kurang dari atau sama dengan 8) memiliki kelarutan dan kemampuan migrasi yang lebih tinggi dalam elektrolit. Berdasarkan sifat intrinsik bahan elektroda dan mekanisme reaksi transformasi fase padat-cairnya, baterai lithium-sulfur memiliki keunggulan energi dan biaya, namun juga menghadapi banyak masalah dan tantangan [9,10,11,12]:
Gambar 1 Diagram skematik (a) konfigurasi baterai lithium-sulfur dan (b) proses pengisian-pengosongan yang sesuai[7]
1) Unsur belerang fase padat dan Li2S terakumulasi di permukaan elektroda, dan inersia elektron dan ion intrinsiknya menyebabkan kesulitan dalam transmisi muatan dan memperlambat kinetika reaksi, sehingga mengurangi tingkat pemanfaatan bahan aktif dan kapasitas sebenarnya baterai.
2) Terdapat perbedaan densitas yang besar antara belerang dan Li2S di kedua ujung rantai reaksi (2,07 vs 1,66 g∙cm-3). Material mengalami perubahan volume hingga 80% selama proses reaksi, dan stabilitas struktur mekanis elektroda menghadapi tantangan besar.
3) Perilaku pelarutan dan migrasi litium polisulfida dalam elektrolit menyebabkan "efek antar-jemput" yang parah, yang mengakibatkan hilangnya bahan aktif dan kehilangan Coulomb yang parah. Selain itu, litium polisulfida berpartisipasi dalam reaksi samping kimia/elektrokimia pada permukaan anoda, yang tidak hanya menyebabkan hilangnya bahan aktif lebih lanjut, namun juga mempasifkan dan menimbulkan korosi pada permukaan anoda, memperburuk pembentukan dan pertumbuhan dendrit litium, dan meningkatkan risiko keselamatan.
Masalah-masalah ini saling terkait dan mempengaruhi satu sama lain, yang sangat meningkatkan kompleksitas sistem baterai, sehingga menyulitkan baterai litium-sulfur saat ini untuk memenuhi kebutuhan aplikasi praktis dalam hal pemanfaatan bahan aktif, kepadatan energi aktual, stabilitas siklus, dan keamanan. . Dari analisis permasalahan di atas, terlihat bahwa pengendalian yang wajar terhadap proses reaksi elektrokimia belerang adalah satu-satunya cara untuk meningkatkan kinerja baterai litium-belerang. Cara mencapai pengelolaan dan peningkatan elektrokimia belerang yang efektif bergantung pada desain, pengembangan, dan penerapan material fungsional tingkat lanjut yang ditargetkan. Diantaranya, strategi yang paling representatif adalah mengembangkan bahan fungsional dengan sifat konduktif, adsorpsi dan katalitik sebagai inang katoda sulfur atau pemisah yang dimodifikasi. Melalui interaksi fisik dan kimianya dengan litium polisulfida, bahan aktif dibatasi pada area elektroda positif, menghambat disolusi dan difusi, dan mendorong konversi elektrokimia. Dengan demikian mengurangi efek shuttle dan meningkatkan efisiensi energi dan stabilitas siklus baterai [13,14]. Berdasarkan ide ini, para peneliti telah mengembangkan berbagai jenis bahan fungsional dengan cara yang ditargetkan, termasuk bahan karbon, polimer konduktif, kerangka logam organik, oksida logam/sulfida/nitrida, dll. Hasil yang baik telah dicapai [15,16,17, 18,19].
2 Penerapan material berbasis boron pada baterai lithium-sulfur
Boron adalah unsur metaloid terkecil. Jari-jari atomnya yang kecil dan elektronegativitasnya yang besar memudahkan pembentukan senyawa kovalen logam. Atom boron memiliki struktur khas kekurangan elektron, dan konfigurasi elektron valensinya adalah 2s22p1. Mereka dapat berbagi satu atau lebih elektron dengan atom lain melalui berbagai bentuk hibridisasi untuk membentuk ikatan multi-pusat [20,21]. Karakteristik ini membuat struktur borida sangat merdu, menunjukkan sifat kimia dan fisik yang unik dan kaya, dan dapat digunakan secara luas di berbagai bidang seperti industri ringan, bahan bangunan, pertahanan nasional, energi, dll. [22,23]. Sebagai perbandingan, penelitian tentang material berbasis boron pada baterai lithium-sulfur masih dalam tahap awal. Dalam beberapa tahun terakhir, nanoteknologi dan metode karakterisasi terus mengalami kemajuan, dan karakteristik struktural bahan berbasis boron terus dieksplorasi dan dikembangkan, sehingga penelitian dan penerapan yang ditargetkan dalam sistem litium-sulfur juga mulai bermunculan. Mengingat hal ini, artikel ini berfokus pada bahan berbasis boron seperti borofena, karbon yang didoping atom boron, borida logam, dan borida non-logam. Artikel ini mengulas kemajuan penelitian terbaru dalam baterai litium-sulfur, merangkum permasalahan yang ada, dan menantikan arah pengembangan di masa depan.
2.1 membosankan
Sebagai alotrop yang sangat representatif di antara unsur boron, borofena memiliki struktur dua dimensi setebal atom tunggal yang mirip dengan graphene. Dibandingkan dengan elemen boron curah, ia menunjukkan sifat listrik, mekanik dan termal yang unggul dan merupakan bintang baru dalam material dua dimensi [24]. Berdasarkan perbedaan topologi susunan atom boron, borofen memiliki struktur kristal dan sifat elektronik yang kaya, serta sifat konduktif anisotropik. Seperti dapat dilihat dari Gambar 2(a, b), elektron dalam borofena cenderung terkonsentrasi di bagian atas atom boron, dan daerah polarisasi elektron ini memiliki aktivitas ikatan yang lebih tinggi. Hal ini diharapkan dapat menyediakan situs adsorpsi kimia yang baik untuk polisulfida dalam sistem baterai lithium-sulfur [25]. Pada saat yang sama, film borofen memiliki konduktivitas listrik yang baik serta stabilitas fisik dan kimia, sehingga memiliki potensi penerapan yang baik pada baterai lithium-sulfur.
Gambar 2 (a) Model struktur berbagai borofen dan distribusi kerapatan muatannya, (b) energi adsorpsi polisulfida pada borofen berbeda[25]
Jiang dkk. [26] menemukan melalui perhitungan teoritis bahwa borofen menunjukkan kapasitas adsorpsi yang kuat untuk litium polisulfida. Namun interaksi yang kuat ini juga dapat dengan mudah memicu dekomposisi gugus Li-S, yang mengakibatkan hilangnya sulfur, bahan aktifnya. Sebagai perbandingan, permukaan borofen dengan struktur cacat intrinsik mengadsorpsi litium polisulfida lebih lembut [27], yang memungkinkannya membatasi perilaku antar-jemput sekaligus menghindari dekomposisi dan penghancuran struktur cincin. Diharapkan menjadi bahan adsorpsi litium polisulfida yang lebih cocok. Pada saat yang sama, hasil analisis pita energi dari struktur adsorpsi borofena-litium polisulfida menunjukkan bahwa gugus adsorpsi bersifat logam, yang terutama disebabkan oleh karakteristik logam intrinsik boron dan kekuatan kopling elektroakustiknya yang kuat. Hal ini diharapkan dapat membantu proses konversi elektrokimia belerang sehingga diperoleh kinetika reaksi yang lebih baik [28]. Selain itu, Grixti dkk. [29] mensimulasikan proses difusi molekul litium polisulfida pada permukaan 12-borene. Ditemukan bahwa 12-borene menunjukkan adsorpsi yang kuat terhadap serangkaian litium polisulfida. Hambatan energi difusi terendah molekul Li2S6 dan Li2S4 pada arah kursi masing-masing adalah 0,99 dan 0,61 eV, yang lebih mudah dibandingkan difusi pada arah zigzag. Berkat kapasitas adsorpsi yang baik dan penghalang energi difusi yang moderat, 12-borene dianggap sebagai bahan adsorpsi litium polisulfida yang sangat baik, yang diharapkan dapat menekan efek antar-jemput pada baterai litium-belerang dan meningkatkan reversibilitas reaksi elektrokimia belerang.
Namun, sebagian besar penelitian terkini tentang pengenceran boron dalam baterai litium-sulfur masih berada pada tahap prediksi teoretis, dan konfirmasi eksperimental jarang dilaporkan. Hal ini terutama disebabkan oleh sulitnya menyiapkan encer boron. Keberadaan boron sudah diperkirakan pada tahun 1990an, namun baru dipersiapkan pada tahun 2015 [30]. Salah satu alasannya mungkin karena boron hanya memiliki tiga elektron valensi dan perlu membentuk struktur kerangka untuk mengkompensasi elektron yang hilang, sehingga lebih mudah untuk membentuk struktur 3D daripada struktur 2D. Saat ini, pembuatan boron biasanya bergantung pada teknologi seperti epitaksi berkas molekul dan vakum tinggi, suhu tinggi dan kondisi lainnya, serta ambang sintesis yang tinggi [31]. Oleh karena itu, perlu untuk mengembangkan metode sintesis encer boron yang lebih sederhana dan efisien, dan mengeksplorasi lebih lanjut secara eksperimental dan mendemonstrasikan efeknya serta mekanisme terkait dalam baterai litium-belerang.
2.2 Atom boron mendoping karbon
Bahan karbon yang didoping secara kimia adalah bahan panas di bidang penelitian energi baru. Doping elemen yang tepat dapat mempertahankan keunggulan bahan karbon seperti ringan dan konduktivitas tinggi, sekaligus memberikan sifat fisik dan kimia tambahan untuk beradaptasi dengan skenario aplikasi yang berbeda [32,33]. Bahan karbon yang didoping secara kimia telah dipelajari secara luas dalam baterai lithium-sulfur [34,35], di antaranya doping dengan atom yang sangat elektronegatif seperti atom nitrogen lebih umum terjadi. Sebaliknya, boron memiliki struktur kekurangan elektron dan kurang elektronegatif dibandingkan karbon. Ini menjadi elektropositif setelah dimasukkan ke dalam kisi karbon. Diharapkan dapat membentuk efek adsorpsi yang baik pada anion polisulfida yang bermuatan negatif, sehingga mengurangi efek shuttle [36,37].
Yang dkk. [38] menggunakan karbon berpori yang didoping boron sebagai bahan induk katoda sulfur dan menemukan bahwa doping boron tidak hanya meningkatkan konduktivitas elektronik bahan karbon, tetapi juga menginduksi polarisasi positif matriks karbon. Ion polisulfida bermuatan negatif secara efektif diadsorpsi dan ditambatkan melalui adsorpsi elektrostatik dan interaksi Lewis, sehingga menghambat pembubaran dan difusinya (Gambar 3(a, b)). Oleh karena itu, katoda sulfur berdasarkan karbon berpori yang didoping boron menunjukkan kapasitas awal yang lebih tinggi dan kinerja siklus yang lebih stabil dibandingkan sampel karbon murni dan sampel yang didoping nitrogen. Xu dkk. [39] memperoleh bahan katoda komposit karbon nanotube/sulfur yang didoping atom boron (BUCNTs/S) melalui metode satu pot hidrotermal. Sintesis in-situ fase cair membuat sulfur lebih terdistribusi secara merata dalam komposit, sementara doping boron menghasilkan konduktivitas listrik yang lebih tinggi pada material inang berbasis karbon dan kemampuan pengikatan sulfur yang lebih kuat. Elektroda BUCNTs/S yang dihasilkan memperoleh kapasitas awal sebesar 1251 mAh∙g-1 pada 0.2C, dan masih dapat mempertahankan kapasitas 750 mAh∙g-1 setelah 400 siklus. Selain host katoda sulfur, bahan karbon yang didoping boron juga memainkan peran penting dalam desain pemisah fungsional baterai. Han dkk. [40] melapisi graphene ringan yang didoping boron pada pemisah tradisional untuk membuat lapisan modifikasi fungsional, menggunakan adsorpsi dan penggunaan kembali polisulfida untuk secara efektif mengurangi efek antar-jemput dan meningkatkan tingkat pemanfaatan bahan aktif.
Gambar 3 (a) Skema tulang punggung karbon yang didoping B, (b) spektrum komposit sulfur S2p XPS berdasarkan pada karbon berpori yang didoping unsur yang berbeda; dan (c) skema proses pelepasan muatan komposit NBCGN/S, (d) siklus pada 0.2C dan (e) kinerja laju elektroda belerang berdasarkan pita nano grafena lengkung yang didoping elemen berbeda[44]
Mengingat sifat dasar unsur-unsur doping yang berbeda dan cara kerjanya yang berbeda dalam struktur kisi karbon, ko-doping multi-elemen adalah salah satu strategi penting untuk mengatur kimia permukaan bahan karbon dan meningkatkan reaksi elektrokimia belerang [41, 42, 43]. Dalam hal ini, kelompok penelitian Kuang [44] mensintesis nitrogen dan boron co-doped graphene nanoribbons (NBCGNs) untuk pertama kalinya melalui metode hidrotermal sebagai bahan inang untuk katoda sulfur, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3(c). Studi ini menemukan bahwa efek sinergis dari ko-doping nitrogen dan boron tidak hanya menginduksi NBCGN untuk memperoleh luas permukaan spesifik yang lebih besar, volume pori dan konduktivitas yang lebih tinggi, tetapi juga membantu mendistribusikan sulfur secara merata di katoda. Lebih penting lagi, boron dan nitrogen bertindak sebagai pusat yang kekurangan elektron dan kaya elektron dalam sistem doping bersama. Baterai dapat berikatan dengan Sx2- dan Li+ masing-masing melalui interaksi Lewis, sehingga mengadsorpsi litium polisulfida dengan lebih efisien dan secara signifikan meningkatkan kinerja siklus dan laju baterai (Gambar 3(d, e)). Berdasarkan strategi doping serupa untuk unsur dengan keelektronegatifan tinggi dan rendah. Jin dkk. [45] menyiapkan bahan inang karbon nanotube berdinding multi-dinding yang didoping dengan boron dan oksigen menggunakan asam borat sebagai dopan. Baterai yang dihasilkan masih mempertahankan kapasitas spesifik sebesar 937 mAh∙g-1 setelah 100 siklus, yang jauh lebih baik dibandingkan performa baterai berdasarkan tabung karbon biasa (428 mAh∙g-1). Selain itu, peneliti juga telah mencoba bentuk co-doping lainnya. Termasuk graphene co-doped borosilikat [46], logam kobalt dan graphene co-doped nitrogen boron [47], dll., telah secara efektif meningkatkan kinerja baterai. Efek sinergis dari komponen yang didoping bersama memainkan peran penting dalam meningkatkan reaksi elektrokimia belerang.
Doping elemen boron dapat secara efektif meningkatkan konduktivitas intrinsik dan polaritas kimia permukaan bahan karbon, memperkuat adsorpsi kimia dan menghambat perilaku bolak-balik litium polisulfida, sehingga meningkatkan kinetika dan stabilitas reaksi elektrokimia sulfur, dan meningkatkan kinerja baterai. Meskipun demikian, masih banyak permasalahan dalam penelitian material karbon doping boron pada baterai lithium-sulfur yang perlu dieksplorasi dan dianalisis lebih lanjut. Misalnya pengaruh jumlah doping boron dan konfigurasi doping terhadap konduktivitas, distribusi muatan permukaan, dan perilaku adsorpsi litium polisulfida bahan karbon. Pada saat yang sama, cara mendapatkan bahan karbon dengan tingkat doping boron yang tinggi dan cara mengontrol konfigurasi doping secara tepat semuanya bergantung pada pengembangan metode dan teknologi persiapan yang canggih. Selain itu, untuk sistem doping bersama multi-elemen, kombinasi elemen doping yang lebih sesuai masih perlu dieksplorasi lebih lanjut. Membangun hubungan struktur-aktivitas yang sistematis untuk memperjelas mekanisme efek sinergis dari struktur co-doped dan dampaknya terhadap mode dan intensitas interaksi tuan rumah-tamu dalam elektrokimia belerang.
2.3 Borida logam
Senyawa logam selalu menjadi pusat penelitian untuk bahan fungsional dalam baterai litium-belerang karena karakteristik polaritas kimia intrinsiknya serta plastisitas morfologi dan struktural yang baik. Ini berbeda dari oksida logam, sulfida, nitrida, dan senyawa ionik lainnya pada umumnya. Borida logam biasanya terdiri dari boron dan unsur logam berdasarkan ikatan kovalen, dan struktur terisinya mewarisi sebagian sifat logamnya. Ini menunjukkan konduktivitas yang jauh lebih tinggi dibandingkan senyawa logam lainnya (Gambar 4) [48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56], dan dapat memberikan pasokan elektron yang cepat untuk reaksi elektrokimia [57]. Pada saat yang sama, terdapat struktur polar ikatan ionik terbatas lokal antara logam dan boron, yang dapat menyediakan situs adsorpsi yang baik untuk polisulfida [58,59]. Selain itu, stabilitas boron yang sangat elektronegatif melemah setelah paduan dengan logam transisi, dan lebih mudah untuk berpartisipasi dalam reaksi redoks. Hal ini memungkinkan logam borida untuk berpartisipasi dalam reaksi elektrokimia litium-sulfur melalui reaksi permukaan sebagai mediator [60].
Gambar 4 Perbandingan konduktivitas dengan beberapa kategori senyawa logam[48,49,50,51,52,53,54,55,56]
Guan dkk. [61] menyiapkan bahan inang untuk katoda belerang dengan memuat nanopartikel Co2B amorf pada graphene menggunakan metode reduksi fase cair. Penelitian telah menemukan bahwa boron dan kobalt dapat berfungsi sebagai situs adsorpsi untuk mengikat litium polisulfida secara kimia, sehingga menghambat pembubaran dan migrasinya. Ditambah dengan konduktivitas graphene jarak jauh yang luar biasa, baterai masih memiliki kapasitas spesifik pengosongan sebesar 758 mAh·g-1 setelah 450 siklus pada laju 1C, dan laju peluruhan kapasitas per siklus adalah { {26}}.029%, menunjukkan kinerja siklus yang sangat baik. Berdasarkan efek adsorpsi sinergis serupa, material komposit Co2B@CNT, yang digunakan sebagai pemisah fungsional untuk baterai lithium-sulfur, memiliki kapasitas adsorpsi Li2S6 setinggi 11,67 mg∙m-2 [62], yang dapat secara efektif memblokir difusi dan penetrasi polisulfida dan mencapai tujuan menghambat efek antar-jemput. Atas dasar ini, Guan dkk. [63] selanjutnya menggunakan karbida logam dua dimensi (MXene) sebagai pembawa untuk menyiapkan material komposit heterojungsi Co2B@MXene (Gambar 5(a~d)). Melalui perhitungan teoritis, ditemukan bahwa interaksi elektronik pada antarmuka heterojungsi menyebabkan transfer elektron dari Co2B ke MXene. Efek ini meningkatkan kemampuan adsorpsi dan katalitik Co2B untuk polisulfida (Gambar 5(a, b)). Oleh karena itu, tingkat pemudaran kapasitas baterai berdasarkan pemisah Co2B@MXene yang dimodifikasi secara fungsional selama 2000 siklus hanya 0,0088% per siklus. Dan pada muatan sulfur sebesar 5,1 mg∙cm-2, kapasitas spesifiknya masih sebesar 5,2 mAh∙cm-2 (Gambar 5(c, d)). Perlu dicatat bahwa dibandingkan dengan struktur fase kristal, jenis bahan borida logam fase amorf ini lebih lembut dan sederhana dalam persiapan bahan. Namun, pengendalian dan stabilitas struktur atom dan molekulnya relatif buruk, sehingga menimbulkan hambatan besar untuk memperjelas komponen dan struktur mikronya, dan mengeksplorasi mekanisme pengaruhnya terhadap proses reaksi elektrokimia belerang.
Gambar 5 (a) konfigurasi adsorpsi Li2S4 pada permukaan Co2B dan Co2B@MXene, (b) skema redistribusi elektron pada antarmuka antara Co2B dan MXene, (c) kinerja siklus sel berdasarkan Co2B@MXene dan pemisah lainnya, ( d) kinerja siklus jangka panjang sel Co2B@MXene[63]; (e) ilustrasi skema jebakan kimia permukaan polisulfida pada TiB2, (f) konfigurasi adsorpsi dan (g) energi spesies belerang pada (001) dan (111) permukaan TiB2, (h) kinerja pembebanan tinggi dan (i ) siklus jangka panjang elektroda belerang berbasis TiB2-[63,65]
TiB2 adalah borida logam klasik dengan konduktivitas listrik yang sangat baik (~106 S∙cm-1) dan banyak digunakan dalam bidang seperti keramik konduktif, permesinan presisi, dan perangkat elektrokimia. TiB2 memiliki struktur heksagonal yang khas dan memiliki kekerasan serta elastisitas struktural yang tinggi, yang membantu beradaptasi dengan perubahan volume reaksi belerang. Pada saat yang sama, sejumlah besar struktur tak jenuh pada permukaannya diperkirakan akan membentuk interaksi kimia antarmuka yang kuat dengan litium polisulfida [64], sehingga mencapai efek adsorpsi dan pengurungan yang baik. Li dkk. [65] pertama kali melaporkan bahwa TiB2 digunakan sebagai bahan inang untuk katoda belerang. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5(misalnya), selama proses penggabungan termal dengan S, permukaan TiB2 tersulfurisasi sebagian. Litium polisulfida yang dihasilkan selama reaksi diserap secara efektif melalui gaya van der Waals dan interaksi asam-basa Lewis, dan pengaruh mekanisme ini lebih signifikan pada permukaan (001). Katoda belerang yang diperoleh memperoleh siklus stabil 500 siklus pada laju 1C, dan pada saat yang sama, kapasitas spesifiknya masih tetap 3,3 mAh∙cm-2 setelah 100 siklus pada pembebanan belerang 3,9 mg∙cm{{19 }}. menunjukkan kinerja elektrokimia yang baik (Gambar 5(h, i)). Berdasarkan hasil analisis XPS dan perhitungan teoritis, efek adsorpsi litium polisulfida yang sangat baik dari TiB2 harus dikaitkan dengan mekanisme "pasivasi" permukaannya. Selain itu, kelompok penelitian Lu [66] membandingkan efek adsorpsi TiB2, TiC dan TiO2 pada litium polisulfida dan mengeksplorasi mekanisme persaingan antara adsorpsi kimia yang sesuai dan desorpsi solvasi. Hasilnya menunjukkan bahwa boron dengan elektronegativitas lebih rendah membuat TiB2 memiliki kapasitas adsorpsi yang lebih kuat, dan dikombinasikan dengan elektrolit eter dengan kapasitas solvasi yang lemah, secara efektif dapat meningkatkan pemanfaatan sulfur dan meningkatkan reversibilitas reaksi elektrokimia. Mengingat hal ini, TiB2 juga telah digunakan untuk membuat pemisah multifungsi [67], yang secara efisien menyerap, mengikat, dan menggunakan kembali bahan aktif, sehingga secara signifikan meningkatkan stabilitas siklus baterai. Kapasitasnya dapat mempertahankan 85% dari nilai awal setelah 300 siklus pada suhu 0,5C.
Mirip dengan TiB2, MoB memiliki konduktivitas yang baik, dan struktur dua dimensi intrinsiknya kondusif untuk mengekspos situs adsorpsi secara penuh, dan diharapkan menjadi katalis katoda sulfur yang baik [68]. Kelompok penelitian Manthiram di Universitas Texas di Austin [69] menggunakan Sn sebagai zat pereduksi dan mensintesis nanopartikel MoB melalui metode fase padat, yang menunjukkan kemampuan adsorpsi dan katalitik yang baik untuk litium polisulfida. MoB memiliki konduktivitas elektronik yang tinggi (1,7×105 S∙m-1), yang dapat menyediakan pasokan elektron dengan cepat untuk reaksi belerang; pada saat yang sama, sifat permukaan hidrofilik MoB kondusif untuk pembasahan elektrolit dan membantu pengangkutan ion litium dengan cepat. Hal ini memastikan pemanfaatan bahan aktif dalam kondisi elektrolit rendah; selain itu, MoB berukuran nano dapat sepenuhnya mengekspos situs aktif katalitik yang disebabkan oleh atom boron yang kekurangan elektron, sehingga memungkinkan material tersebut memiliki aktivitas katalitik intrinsik dan nyata yang sangat baik. Berdasarkan keunggulan ini, meskipun MoB ditambahkan dalam jumlah kecil, kinerja elektrokimia dapat ditingkatkan secara signifikan dan menunjukkan kepraktisan yang cukup besar. Baterai yang dihasilkan memiliki pelemahan kapasitas hanya 0,03% per siklus setelah 1,000 siklus pada laju 1C. Dan pada pemuatan sulfur sebesar 3,5 mg∙cm-2 dan rasio elektrolit/sulfur (E/S) sebesar 4,5 mL∙g-1, kinerja siklus baterai paket lunak yang sangat baik dapat dicapai. Selain itu, kelompok penelitian Nazar [70] menggunakan MgB2 ringan sebagai media konversi elektrokimia untuk litium polisulfida. Ditemukan bahwa B dan Mg dapat berfungsi sebagai situs adsorpsi anion polisulfida, memperkuat transfer elektron, dan mencapai stabilitas siklus yang lebih baik pada muatan sulfur tinggi (9,3 mg∙cm-2).
Karya-karya ini sepenuhnya menggambarkan efektivitas dan keunggulan logam borida dalam meningkatkan reaksi elektrokimia belerang. Namun, dibandingkan dengan sistem seperti oksida logam dan sulfida, laporan penelitian tentang borida logam dalam baterai litium-sulfur masih relatif sedikit, dan penelitian tentang bahan dan mekanisme terkait juga perlu diperluas dan diperdalam. Selain itu, borida logam kristal biasanya memiliki kekuatan struktural yang tinggi, dan proses persiapannya memerlukan melintasi penghalang energi tinggi dan melibatkan suhu tinggi, tekanan tinggi, dan kondisi keras lainnya, yang membatasi penelitian dan penerapannya. Oleh karena itu, pengembangan metode sintesis logam borida yang sederhana, ringan, dan efisien juga menjadi arah penting dalam penelitian logam borida.
2.4 Borida non-logam
Dibandingkan dengan borida logam, borida non-logam biasanya kurang padat dan lebih ringan, sehingga bermanfaat bagi pengembangan baterai dengan kepadatan energi tinggi; namun, konduktivitasnya yang lebih rendah menciptakan resistensi terhadap efisiensi dan kinetika reaksi elektrokimia belerang. Saat ini, para peneliti telah mencapai kemajuan tertentu dalam membangun bahan pengikat belerang untuk baterai litium-belerang berdasarkan borida non-logam termasuk boron nitrida, boron karbida, boron fosfida, dan boron sulfida [71, 72, 73].
Boron nitrida (BN) dan boron karbida (BC) adalah dua borida non-logam yang paling representatif dan banyak dipelajari. BN terdiri dari atom nitrogen dan atom boron yang terhubung secara bergantian, dan terutama mencakup empat bentuk kristal: heksagonal, trigonal, kubik, dan leurit [74]. Diantaranya, boron nitrida heksagonal (h-BN) menunjukkan karakteristik seperti celah pita yang lebar, konduktivitas termal yang tinggi, dan stabilitas termal dan kimia yang baik karena struktur dua dimensinya yang seperti grafit dan karakteristik polarisasi elektronik terlokalisasi [75,76] . Struktur BN memiliki karakteristik polar yang jelas dan memiliki kapasitas adsorpsi kimia yang kuat untuk litium polisulfida. Pada saat yang sama, karakteristik kimia permukaan dapat dikontrol melalui doping elemen dan konstruksi cacat topologi untuk menjamin stabilitas struktur molekul polisulfida sekaligus meningkatkan kekuatan adsorpsinya [77]. Berdasarkan gagasan ini, Yi dkk. [78] melaporkan boron nitrida (v-BN) beberapa lapisan yang miskin nitrogen sebagai bahan inang untuk katoda belerang (Gambar 6(a)). Penelitian telah menemukan bahwa kekosongan elektropositif di v-BN tidak hanya membantu memperbaiki dan mengubah polisulfida, tetapi juga mempercepat difusi dan migrasi ion litium. Dibandingkan dengan BN asli, katoda berbasis v-BN memiliki kapasitas awal yang lebih tinggi pada 0.1C (1262 vs 775 mAh∙g-1), dan tingkat peluruhan kapasitas setelah 5{{24} }0 siklus pada 1C hanya 0,084% per siklus. Menunjukkan stabilitas bersepeda yang baik. Selain itu, Dia dkk. [79] menemukan bahwa doping O dapat lebih meningkatkan polaritas kimia permukaan BN, menginduksi material untuk membentuk luas permukaan spesifik yang lebih besar, dan secara bersamaan meningkatkan sifat adsorpsi intrinsik dan semu.
Gambar 6 (a) Gambar TEM dan skema struktur atom v-BN[78]; (b) Skema saringan ion komposit g-C3N4/BN/graphene dan (c) kinerja siklus sel Li-S yang sesuai[80]; (d) Gambar skema dan optik pemisah trilayer BN/Celgard/karbon, dan (e) kinerja siklus sel yang sesuai[83]; (f) Skema dan (g) Gambar SEM B4C@CNF dan model kawat nano B4C, (h) Energi adsorpsi Li2S4 pada berbagai aspek B4C[87]
Meskipun bahan BN memiliki sifat adsorpsi kimia yang baik, konduktivitasnya yang buruk tidak kondusif untuk transfer muatan reaktif. Oleh karena itu, desain struktur komposit dengan bahan konduktif merupakan cara penting untuk lebih meningkatkan kinerja adsorpsi dan katalitiknya secara komprehensif. Mengingat hal ini, Deng dkk. [80] merancang saringan ion komposit berdasarkan karbon nitrida seperti grafit (g-C3N4), BN, dan graphene sebagai lapisan perantara multifungsi untuk baterai litium-sulfur (Gambar 6(b)). Diantaranya, saluran ion terurut berukuran 0,3 nm dalam struktur g-C3N4 dapat secara efektif memblokir polisulfida dan memungkinkan ion litium melewatinya. BN berfungsi sebagai katalis reaksi untuk mendorong konversi polisulfida, dan graphene berfungsi sebagai pengumpul arus internal untuk memberikan konduktivitas jarak jauh yang sangat baik. . Berkat efek sinergis dari ketiga komponen dua dimensi ini, baterai yang dihasilkan dapat berputar secara stabil selama lebih dari 500 siklus pada muatan sulfur tinggi sebesar 6 mg∙cm-2 dan laju 1C (Gambar 6(c)). Selain itu, peneliti telah mencoba mengaplikasikan lapisan tipis film komposit nanosheet/graphene BN pada permukaan katoda sebagai lapisan pelindung dalam bentuk yang lebih sederhana dan langsung [81,82]. Ini secara efektif menghambat pembubaran dan difusi litium polisulfida dan secara signifikan meningkatkan kapasitas spesifik dan stabilitas siklus katoda belerang. Selama 1000 siklus pada 3C, tingkat redaman kapasitas hanya 0,0037% per siklus. Menariknya, kelompok penelitian Ungyu Paik di Universitas Hanyang [83] mengadopsi kombinasi ide lain untuk membangun pemisah multifungsi dengan struktur sandwich BN/Celgard/karbon. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6(d), lapisan karbon dan lapisan BN masing-masing dilapisi pada sisi elektroda positif dan negatif dari pemisah biasa. Diantaranya, lapisan karbon dan lapisan BN bersama-sama dapat memblokir perpindahan litium polisulfida dan membatasi difusinya ke permukaan elektroda negatif. Pada saat yang sama, lapisan BN di sisi elektroda negatif juga membatasi pertumbuhan dendrit litium. Berkat mekanisme perlindungan kooperatif ini, baterai memiliki tingkat retensi kapasitas tinggi (76,6%) dan kapasitas spesifik (780,7 mAh∙g-1) setelah 250 siklus pada suhu 0,5C. Jauh lebih baik dibandingkan separator biasa dan separator murni yang dimodifikasi dengan karbon (Gambar 6(e)).
Dibandingkan dengan N, C memiliki keelektronegatifan yang lebih rendah, sehingga perbedaan keelektronegatifan antara B dan C kecil, sehingga polaritas kimia struktur BC lebih lemah dibandingkan dengan NC. Namun pada saat yang sama, delokalisasi elektron pada struktur BC ditingkatkan dan konduktivitasnya lebih baik [84,85]. Oleh karena itu, BC umumnya menunjukkan sifat fisik dan kimia yang relatif saling melengkapi dengan BN. Ia memiliki kepadatan yang rendah, konduktivitas yang relatif baik, dan sifat katalitik yang baik, serta memiliki prospek penerapan yang menjanjikan di bidang energi [86]. Luo dkk. [87] menumbuhkan kawat nano boron karbida (B4C@CNF) in situ pada serat karbon sebagai bahan inang katoda (Gambar 6(f~h)). Diantaranya, B4C secara efisien menyerap dan membatasi polisulfida melalui ikatan BS. Pada saat yang sama, jaringan konduktif serat karbonnya membantu belerang yang teradsorpsi diubah dengan cepat dan meningkatkan kinetika reaksi. Katoda sulfur yang diperoleh memiliki kapasitas retensi sebesar 80% setelah 500 siklus, dan dapat mencapai siklus stabil pada kandungan sulfur tinggi (fraksi massa 70%) dan kapasitas pemuatan (10,3 mg∙cm{ {16}}). Lagu dkk. [88] membangun struktur inang belerang super terbatas di sekitar B4C. Strukturnya menggunakan karbon kain katun berpori aktif sebagai matriks fleksibel, serat nano B4C sebagai kerangka aktif, dan oksida grafena tereduksi untuk pelapisan lebih lanjut. Menggabungkan pengurungan fisik dan kimia secara efisien, mengurangi hilangnya zat aktif, dan mencapai stabilitas siklus yang sangat baik. Mengingat sifat adsorpsi dan katalitik B4C yang baik, kelompok penelitian Zhao [89] mendistribusikan nanopartikel B4C secara seragam dalam kain serat karbon melalui metode pertumbuhan berbantuan katalitik in-situ untuk membubarkan dan mengekspos situs aktif secara efisien. Katoda sulfur yang diperoleh memiliki kapasitas awal hingga 1415 mAh∙g-1 (0,1C) pada pembebanan 3,0 mg∙cm-2 dan umur yang sangat panjang yaitu 3000 siklus pada 1C, menunjukkan prospek aplikasi yang bagus.
Terlihat dari penjelasan di atas bahwa borida non-logam memiliki adsorpsi dan efek katalitik yang baik pada litium polisulfida, namun konduktivitasnya relatif rendah, dan masih diperlukan pembawa konduktif untuk membantu reaksi elektrokimia belerang. Diantaranya, perbedaan struktur elektronik atom N dan C yang berdekatan membuat material BN dan BC memiliki kelebihan dan kekurangan tersendiri dalam hal konduktivitas dan interaksi dengan litium polisulfida. Mengingat hal ini, dikombinasikan dengan boron sulfida, boron fosfida, boron oksida, dll., jenis borida non-logam ini dapat digunakan sebagai pembawa dan platform yang baik untuk mempelajari hubungan struktur-aktivitas antara struktur polar kimia lokal dan katalitik adsorpsi. kemampuan. Korelasi dan analisis sistematis lebih lanjut diharapkan dapat membantu memahami proses reaksi mikroskopis yang relevan, mengatur struktur halus bahan, dan meningkatkan kinerja elektrokimia baterai. Selain itu, penerapan dan pengembangan lebih lanjut borida non-logam pada baterai litium-sulfur masih perlu mengandalkan peningkatan dan optimalisasi penyiapannya. Mengembangkan teknologi persiapan yang sederhana dan ringan, sekaligus mengembangkan struktur material dengan konduktivitas intrinsik yang lebih tinggi dan merancang material komposit yang lebih efisien untuk menyeimbangkan dan memperhitungkan konduktivitas, adsorpsi, dan efek katalitik.
3 Kesimpulan
Singkatnya, baterai lithium-sulfur memiliki kepadatan energi teoritis yang tinggi karena reaksi transfer multi-elektronnya. Namun, mekanisme reaksi konversi dan lemahnya konduktivitas bahan aktif menghambat realisasi keuntungan. Bahan berbasis boron memiliki karakteristik fisik dan kimia serta sifat elektrokimia yang unik. Desain yang ditargetkan dan penerapan rasionalnya adalah cara efektif untuk mengurangi efek ulang-alik baterai lithium-sulfur dan meningkatkan kinetika reaksi dan reversibilitas. Mereka telah berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir. Namun, penelitian dan penerapan material berbasis boron pada baterai lithium-sulfur masih dalam tahap awal, dan desain struktur material serta mekanisme kerjanya pada proses reaksi elektrokimia baterai perlu dikembangkan dan dieksplorasi lebih lanjut. Menggabungkan karakteristik material dan kemajuan penelitian di atas, penulis yakin bahwa pengembangan material berbasis boron di masa depan pada baterai lithium-sulfur harus lebih memperhatikan arah berikut:
1) Sintesis bahan. Persiapan sintetis adalah masalah umum yang dihadapi oleh bahan berbasis boron yang disebutkan di atas. Ada kebutuhan mendesak untuk mengembangkan metode persiapan bahan yang lebih sederhana, lebih ringan dan efisien untuk memberikan dasar bahan bagi penelitian mekanisme dan promosi aplikasi. Diantaranya, pembuatan borida logam amorf dengan metode reduksi fase cair merupakan arah pengembangan yang menjanjikan. Pada saat yang sama, memanfaatkan keunggulan dan pengalamannya, mengeksplorasi dan mengembangkan rute sintetik berdasarkan metode solvotermal atau garam cair juga dapat memberikan ide-ide baru untuk persiapan bahan berbasis boron. Selain itu, selama proses persiapan borida, perhatian khusus perlu diberikan pada kontrol dan desain struktur nano serta stabilitasnya untuk memenuhi kebutuhan karakteristik reaksi antarmuka baterai lithium-sulfur.
2) Eksplorasi mekanisme. Bahan berbahan dasar boron memiliki karakteristik kimia permukaan yang unik dan kaya. Metode karakterisasi in-situ harus digunakan untuk mempelajari lebih lanjut interaksi tuan rumah-tamu antara bahan berbasis boron dan polisulfida. Perhatian khusus harus diberikan pada sulfasi ireversibel permukaan, oksidasi dan reduksi elektrokimia mandiri, dll., untuk mengungkap faktor struktural yang menentukan kemampuan adsorpsi dan katalitiknya, dan untuk memberikan panduan teoretis dan dasar untuk desain dan pengembangan material yang ditargetkan. Selain itu, untuk borida logam amorf yang representatif, perlu memberikan perhatian khusus pada perbedaan struktur mikro dan sifat fisik dan kimia terkait antara borida amorf dan kristal, dan bekerja sama dengan pengembangan analisis struktural yang sesuai dan teknologi analisis karakterisasi properti. Hindari menyimpulkan interaksi antara bahan amorf, litium polisulfida, dan proses reaksinya hanya berdasarkan struktur kristal.
3) Evaluasi kinerja. Untuk mengoptimalkan sistem evaluasi material dan baterai, sekaligus meningkatkan beban permukaan sulfur, lebih banyak perhatian harus diberikan pada pengaturan parameter utama seperti ketebalan dan porositas elektroda untuk secara bersamaan meningkatkan kualitas dan kepadatan energi volumetrik elektroda. Selain itu, sifat elektrokimia dalam kondisi dosis elektrolit rendah (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.
Singkatnya, artikel ini berfokus pada bahan berbasis boron dan mengulas kemajuan penelitian terbaru tentang borofena, karbon yang didoping atom boron, borida logam, dan borida non-logam dalam sistem baterai litium-sulfur. Saya berharap dapat memberikan referensi dan inspirasi kepada rekan-rekan, memperluas pengembangan dan penerapan material berbasis boron di bidang energi baru, serta mendorong pengembangan praktis baterai lithium-sulfur.
Referensi
[1] DUNN B, KAMATH H, TARASCON J M. Penyimpanan energi listrik untuk jaringan: baterai pilihan. Sains, 2011,334(6058):928-935.
[2] ARICO AS, BRUCE P, SCROSATI B, dkk. Bahan berstrukturnano untuk perangkat konversi dan penyimpanan energi tingkat lanjut. Bahan Alam, 2005,4(5):366-377.
[3] LIANG YR, ZHAO CZ, YUAN H, dkk. Review baterai isi ulang untuk perangkat elektronik portabel. InfoMat, 2019,1(1):6-32.
[4] GOODENOUGH JB, PARK K S. Baterai isi ulang Li-ion: sebuah perspektif. Jurnal American Chemical Society, 2013,135(4):1167-1176.
[5] TARASCON JM, ARMAND M. Masalah dan tantangan yang dihadapi baterai lithium yang dapat diisi ulang. Alam, 2011,414:171-179.
[6] JIN GY, HE HC, WU J, dkk. Kerangka karbon berongga yang didoping kobalt sebagai inang belerang untuk katoda baterai belerang litium. Jurnal Bahan Anorganik, 2021,36(2):203-209.
[7] FANG R, ZHAO SY, SUN ZH, dkk. Baterai lithium-sulfur yang lebih andal: status, solusi, dan prospek. Materi Lanjutan, 2017,29(48):1606823.
[8] HU JJ, LI GR, GAO XP P. Status saat ini, masalah dan tantangan dalam baterai lithium-sulfur. Jurnal Bahan Anorganik, 2013,28(11):1181-1186.
[9] LI GR, WANG S, ZHANG YN, dkk. Meninjau kembali peran polisulfida dalam baterai lithium-sulfur. Materi Lanjutan, 2018,30(22):1705590.
[10] PENG HJ, HUANG JQ, ZHANG Q. Tinjauan baterai isi ulang lithium-sulfur fleksibel dan analog logam alkali-kalkogen. Ulasan Masyarakat Kimia, 2017,46(17):5237-5288.
[11] JANA M, XU R, CHENG XB, dkk. Desain rasional bahan nano dua dimensi untuk baterai lithium-sulfur. Ilmu Energi & Lingkungan, 2020,13(4):1049-1075.
[12] HE JR, MANTHIRAM A. Tinjauan tentang status dan tantangan elektrokatalis dalam baterai lithium-sulfur. Bahan Penyimpanan Energi, 2019,20:55-70.
[13] SEH ZW, SUN YM, ZHANG QF, dkk. Merancang baterai lithium-sulfur berenergi tinggi. Ulasan Masyarakat Kimia, 2016,45(20):5605-5634.
[14] JI XL, EVERS S, BLACK R, dkk. Menstabilkan katoda litium-sulfur menggunakan reservoir polisulfida. Komunikasi Alam, 2011,2:325.
[15] ZHANG Z, KONG LL, LIU S, dkk. Komposit sulfur/karbon efisiensi tinggi berdasarkan matriks graphene nanosheet@carbon nanotube 3D sebagai katoda untuk baterai litium-sulfur. Bahan Energi Tingkat Lanjut, 2017,7(11):1602543.
[16] XU WC, PAN XX, MENG X, dkk. Bahan penampung belerang konduktif yang melibatkan nanopartikel vanadium nitrida ultrahalus untuk baterai litium-belerang berkinerja tinggi. Elektrokimia Acta, 2020,331:135287.
[17] LIU YT, LIU S, LI GR, dkk. Katoda belerang dengan kepadatan energi volumetrik tinggi dengan inang oksida logam berat dan katalitik untuk baterai litium-belerang. Sains Tingkat Lanjut, 2020,7(12):1903693.
[18] CHEN HH, XIAO YW, CHEN C, dkk. Pemisah konduktif yang dimodifikasi MOF untuk mengurangi efek antar-jemput baterai litium-sulfur melalui metode filtrasi. Materi & Antarmuka Terapan ACS, 2019,11(12):11459-11465.
[19] YOO J, CHO SJ, JUNG GY, dkk. COF-net di CNT-net sebagai perangkap kimia berpori hierarkis yang dirancang secara molekuler untuk polisulfida dalam baterai litium-sulfur. Surat Nano, 2016,16(5):3292-3300.
[20] HU Y, LIU C. Pengenalan 1,2-migrasi senyawa organoboron. Kimia Universitas, 2019,34(12):39-44.
[21] SOREN KM, SUNING W. Materi responsif rangsangan berbasis Boron. Ulasan Masyarakat Kimia, 2019,48(13):3537-3549.
[22] HUANG ZG, WANG SN, DEWHURST RD, dkk. Boron: perannya dalam proses dan aplikasi yang berhubungan dengan energi. Angewandte Chemie Edisi Internasional, 2020,59(23):8800-8816.
[23] ZHU YH, GAO SM, HOSMANE NS. Bahan energi canggih yang diperkaya Boron. Anorganica Chimica Acta, 2017.471:577-586.
[24]KHAN K, TAREEN AK, ASLAM M, dkk. Sintesis, sifat dan aplikasi elektrokatalitik baru dari xena borofen 2D. Kemajuan dalam Kimia Solid State, 2020,59:100283.
[25] RAO DW, LIU XJ, YANG H, dkk. Persaingan antarmuka antara katoda berbasis borofen dan elektrolit untuk imobilisasi multi-sulfida baterai lithium sulfur. Jurnal Kimia Material A, 2019,7(12):7092-7098.
[26] JIANG HR, SHYY W, LIU M, dkk. Borofena dan borofena yang rusak sebagai bahan penahan potensial untuk baterai litium-belerang: studi prinsip pertama. Jurnal Kimia Material A, 2018,6(5):2107-2114.
[27] ZHANG CY, HE Q, CHU W, dkk. Logam transisi mendoping heterostruktur borofena-grafena untuk penahan polisulfida yang kuat: studi prinsip pertama. Ilmu Permukaan Terapan, 2020,534:147575.
[28] ZHANG L, LIANG P, SHU HB, dkk. Borofena sebagai inang belerang yang efisien untuk baterai litium-belerang: menekan efek antar-jemput dan meningkatkan konduktivitas. Jurnal Kimia Fisika C, 2017,121(29):15549-15555.
[29] GRIXTI S, MUKHERJEE S, SINGH C V. Boron dua dimensi sebagai bahan katoda baterai lithium-sulfur yang mengesankan. Bahan Penyimpanan Energi, 2018,13:80-87.
[30] MANNIX AJ, ZHOU XF, KIRALY B, dkk. Sintesis borofen: polimorf boron dua dimensi anisotropik. Sains, 2015,350(6267):1513-1516.
[31] FENG BJ, ZHANG J, ZHONG Q, dkk. Realisasi eksperimental lembaran boron dua dimensi. Kimia Alam, 2016,8(6):564-569.
[32] PARAKNOWITSCH JP, THOMAS A. Doping karbon selain nitrogen: ikhtisar karbon doping heteroatom tingkat lanjut dengan boron, sulfur, dan fosfor untuk aplikasi energi. Ilmu Energi & Lingkungan, 2013,6(10):2839-2855.
[33] WANG HB, MAIYALAGAN T, WANG X. Tinjau kemajuan terkini dalam graphene yang didoping nitrogen: sintesis, karakterisasi, dan aplikasi potensialnya. Katalisis ACS, 2012,2(5):781-794.
[34] XIE Y, MENG Z, CAI TW, dkk. Pengaruh doping boron pada aerogel graphene yang digunakan sebagai katoda untuk baterai lithium sulfur. Materi & Antarmuka Terapan ACS, 2015,7(45):25202-25210.
[35] SHI PC, WANG Y, LIANG X, dkk. Lembaran graphene yang didoping boron dikelupas secara bersamaan untuk merangkum sulfur untuk aplikasi dalam baterai litium-sulfur. Kimia & Teknik Berkelanjutan ACS, 2018,6(8):9661-9670.
[36] YANG LJ, JIANG SJ, ZHAO Y, dkk. Tabung nano karbon yang didoping boron sebagai elektrokatalis bebas logam untuk reaksi reduksi oksigen. Angewandte Chemie Edisi Internasional, 2011,50(31):7132-7135.
[37] AI W, LI JW, DU ZZ, dkk. Pengurungan ganda polisulfida dalam bola karbon berpori/hibrida graphene yang didoping boron untuk baterai Li-S yang canggih. Penelitian Nano, 2018,11(9):4562-4573.
[38] YANG CP, YIN YX, YE H, dkk. Wawasan tentang pengaruh doping boron pada katoda sulfur/karbon dalam baterai lithium-sulfur. Materi & Antarmuka Terapan ACS, 2014,6(11):8789-8795.
[39] XU CX, ZHOU HH, FU CP, dkk. Sintesis hidrotermal komposit nanotube karbon/sulfur tanpa ritsleting yang didoping boron untuk baterai litium-sulfur berkinerja tinggi. Elektrokimia Acta, 2017,232:156-163.
[40] HAN P, MANTHIRAM A. Pemisah berlapis graphene oksida tereduksi yang didoping boron dan nitrogen untuk baterai Li-S berkinerja tinggi. Jurnal Sumber Daya, 2017,369:87-94.
[41] HOU TZ, CHEN X, PENG HJ, dkk. Prinsip desain nanokarbon yang didoping heteroatom untuk mencapai penahan polisulfida yang kuat pada baterai litium-sulfur. Kecil, 2016,12(24):3283-3291.
[42] XIONG DG, ZHANG Z, HUANG XY, dkk. Meningkatkan pengurungan polisulfida dalam lembaran nano karbon berpori hierarki berkode B/N melalui interaksi asam-basa Lewis untuk baterai Li-S yang stabil. Jurnal Kimia Energi, 2020,51:90-100.
[43] YUAN SY, BAO JL, WANG LN, dkk. Lapisan karbon kaya nitrogen dan boron yang didukung grafena untuk meningkatkan kinerja baterai litium-belerang karena peningkatan penyerapan kimia litium polisulfida. Bahan Energi Tingkat Lanjut, 2016,6(5):1501733.
[44] CHEN L, FENG JR, ZHOU HH, dkk. Persiapan hidrotermal nitrogen, pita nano graphene melengkung yang didoping bersama boron dengan jumlah dopan tinggi untuk katoda baterai lithium sulfur berkinerja tinggi. Jurnal Kimia Material A, 2017,5(16):7403-7415.
[45] JIN CB, ZHANG WK, ZHUANG ZZ, dkk. Penyerapan kimia sulfida yang ditingkatkan menggunakan tabung nano karbon multi-dinding boron dan oksigen yang didoping ganda untuk baterai lithium-sulfur canggih. Jurnal Kimia Material A, 2017,5(2):632-640.
[46] ULLAH S, DENIS PA, SATO F. Peningkatan energi adsorpsi natrium dan kalium yang tidak biasa dalam graphene berkode sulfur-nitrogen dan silikon-boron. ACS Omega, 2018,3(11):15821-15828.
[47] ZHANG Z, XIONG DG, SHAO AH, dkk. Mengintegrasikan logam kobalt dan heteroatom N/B ke dalam lembaran nano karbon berpori sebagai immobilizer sulfur yang efisien untuk baterai lithium-sulfur. Karbon, 2020,167:918-929.
[48] WANG P, KUMAR R, SANKARAN EM, dkk. Vanadium diborida (VB2) disintesis pada tekanan tinggi: sifat elastis, mekanik, elektronik, dan magnetik serta stabilitas termal. Kimia Anorganik, 2018,57(3):1096-1105.
[49] HE GJ, LING M, HAN XY, dkk. Elektroda mandiri dengan struktur cangkang inti untuk superkapasitor berkinerja tinggi. Bahan Penyimpanan Energi, 2017,9:119-125.
[50] WANG CC, AKBAR SA, CHEN W, dkk. Sifat listrik oksida, borida, karbida, dan nitrida suhu tinggi. Jurnal Ilmu Material, 1995,30(7):1627-1641.
[51] XIAO ZB, YANG Z, ZHANG LJ, dkk. Grafena yang didoping NbS2@S@I tipe sandwich untuk baterai litium sulfur yang mengandung sulfur tinggi, berkecepatan sangat tinggi, dan tahan lama. ACS Nano, 2017,11(8):8488-8498.
[52] WANG LJ, LIU FH, ZHAO BY, dkk. Mangkuk nano karbon diisi dengan lembaran nano MoS2 sebagai bahan elektroda untuk superkapasitor. Bahan Nano Terapan ACS, 2020,3(7):6448-6459.
[53] BALACH J, LINNEMANN J, JAUMANN T, dkk. Bahan berstrukturnano berbasis logam untuk baterai lithium-sulfur canggih. Jurnal Kimia Material A, 2018,6(46):23127-23168.
[54] BEN-DOR L, SHIMONY Y. Struktur kristal, kerentanan magnetik dan konduktivitas listrik MoO2 dan WO2 murni dan didoping NiO. Buletin Penelitian Bahan, 1974,9(6):837-44.
[55] SAMSONOV G.难熔化合物手册. tahun:中国工业出版社, 1965: 1-147.
[56] FENG LS, QUN CX, LIN MY, dkk. Oksida berbasis Nb sebagai bahan anoda baterai lithium ion. Kemajuan Kimia, 2015,27(2/3):297-309.
[57] TAO Q, MA SL, CUI T, dkk. Struktur dan sifat borida logam transisi fungsional. Acta Physica Sinica, 2017,66(3):036103.
[58] SHEN YF, XU C, HUANG M, dkk. Kemajuan penelitian cluster boron, borana dan senyawa boron yang didoping logam. Kemajuan Kimia, 2016,28(11):1601-1614.
[59] GUPTA S, PATEL MK, MIOTELLO A, dkk. Katalis berbasis logam borida untuk pemisahan air elektrokimia: tinjauan. Materi Fungsional Tingkat Lanjut, 2020,30(1):1906481.
[60] WU F, WU C. Baterai sekunder baru dan bahan utamanya berdasarkan konsep reaksi multi-elektron. Buletin Sains Tiongkok, 2014,59(27):3369-3376.
[61] GUAN B, FAN LS, WU X, dkk. Sintesis yang mudah dan peningkatan kinerja baterai litium-sulfur dari katoda komposit kobalt borida (Co2B)@graphene amorf. Jurnal Kimia Material A, 2018,6(47):24045-24049.
[62] GUAN B, ZHANG Y, FAN LS, dkk. Memblokir polisulfida dengan Co2B@CNT melalui "efek adsorpsi sinergis" menuju kemampuan berkecepatan sangat tinggi dan baterai lithium-sulfur yang kuat. ACS Nano, 2019,13(6):6742-6750.
[63] GUAN B, SUN X, ZHANG Y, dkk. Penemuan interaksi elektronik antarmuka dalam cobalt boride@MXene untuk baterai litium-sulfur berkinerja tinggi. Surat Kimia Cina, 2020,32(7):2249-2253.
[64] BASU B, RAJU GSURI A. Pengolahan dan sifat bahan berbasis TiB2 monolitik. Tinjauan Materi Internasional, 2006,51(6):352-374.
[65] LI CC, LIU XB, ZHU L, dkk. Titanium borida konduktif dan polar sebagai inang belerang untuk baterai litium-belerang canggih. Kimia Bahan, 2018,30(20):6969-6977.
[66] LI ZJ, JIANG HR, LAI NC, dkk. Merancang antarmuka pelarut-katalis yang efektif untuk konversi katalitik sulfur dalam baterai lithium-sulfur. kabut Material, 2019,31(24):10186-10196.
[67] JIN LM, NI J, SHEN C, dkk. TiB2 yang konduktif secara logam sebagai pengubah pemisah multi-fungsi untuk baterai lithium sulfur yang lebih baik. Jurnal Sumber Daya, 2020,448:227336.
[68] WU R, XU HK, ZHAO YW, dkk. Kerangka kerja molibdenum MoB2 yang disisipkan subunit boron mirip borofen memungkinkan baterai litium-sulfur berbasis Li2S6-yang stabil dan bekerja cepat. Bahan Penyimpanan Energi, 2020,32:216-224.
[69] HE JR, BHARGAV A, MANTHIRAM A. Molibdenum borida sebagai katalis efisien untuk redoks polisulfida untuk mengaktifkan baterai litium-sulfur dengan kepadatan energi tinggi. Materi Lanjutan, 2020,32(40):2004741.
[70] PANG Q, KWOK CY, KUNDU D, dkk. MgB2 logam ringan memediasi redoks polisulfida dan menjanjikan baterai lithium-sulfur dengan kepadatan energi tinggi. Joule, 2019,3(1):136-148.
[71] YU TT, GAO PF, ZHANG Y, dkk. Monolayer boron-fosfida sebagai bahan penahan potensial untuk baterai lithium-sulfur: studi prinsip pertama. Ilmu Permukaan Terapan, 2019,486:281-286.
[72] JANA S, THOMAS S, LEE CH, dkk. Monolayer B3S: prediksi bahan anoda berkinerja tinggi untuk baterai lithium-ion. Jurnal Kimia Material A, 2019,7(20):12706-12712.
[73] SUN C, HAI CX, ZHOU Y, dkk. Nanofiber boron nitrida yang sangat katalitik in situ ditanam pada ketjenblack yang telah diolah sebelumnya sebagai katoda untuk meningkatkan kinerja baterai lithium-sulfur. Material Energi Terapan ACS, 2020,3(11):10841-10853.
[74] ARENAL R, LOPEZ BEZANILLA A. Bahan boron nitrida: ikhtisar dari struktur 0D hingga 3D (nano). Ulasan Interdisipliner Wiley-Ilmu Molekuler Komputasi, 2015,5(4):299-309.
[75] JIANG XF, WENG QH, WANG XB, dkk. Kemajuan terkini dalam fabrikasi dan penerapan bahan nano boron nitrida: tinjauan. Jurnal Sains dan Teknologi Material, 2015,31(6):589-598.
[76] PRAKASH A, NEHATE SD, SUNDARAM K B. Detektor UV logam-isolator-logam berbasis karbon nitrida boron untuk aplikasi lingkungan yang keras. Surat Optik, 2016,41(18):4249-4252.
[77] ZHAO YM, YANG L, ZHAO JX, dkk. Cara membuat nanosheet boron nitrida inert aktif untuk imobilisasi polisulfida untuk baterai lithium-sulfur: studi komputasi. Kimia Fisika Fisika Kimia, 2017,19(28):18208-18216.
[78] YI YK, LI HP, CHANG HH, dkk. Boron nitrida beberapa lapis dengan kekosongan nitrogen yang direkayasa untuk mendorong konversi polisulfida sebagai matriks katoda untuk baterai litium-sulfur. Kimia, 2019,25(34):8112-8117.
[79] HE B, LI WC, ZHANG Y, dkk. Hibrida Paragenesis BN/CNT sebagai inang belerang monoklinik untuk baterai lithium-sulfur berkecepatan tinggi dan tahan lama. Jurnal Kimia Material A, 2018,6(47):24194-24200.
[80] DENG DR, BAI CD, XUE F, dkk. Saringan ion multifungsi yang dibuat dari bahan 2D sebagai interlayer untuk baterai Li-S. Materi & Antarmuka Terapan ACS, 2019,11(12):11474-11480.
[81] SUN K, GUO PQ, SHANG XN, dkk. Pemisah termodifikasi karbon nitrida/grafena boron mesopori sebagai penghalang polisulfida yang efisien untuk baterai litium-sulfur yang sangat stabil. Jurnal Kimia Elektroanalitik, 2019.842:34-40.
[82] FAN Y, YANG Z, HUA WX, dkk. Lapisan nanosheet/graphene boron nitrida yang difungsikan untuk baterai lithium-sulfur yang cepat dan tahan lama. Bahan Energi Tingkat Lanjut, 2017,7(13):1602380.
[83] KIM PJH, SEO J, FU K, dkk. Efek perlindungan sinergis dari pemisah BN-karbon untuk baterai lithium sulfur yang sangat stabil. Materi NPG Asia, 2017,9(4):e375.
[84] PRAMANICK A, DEY PP, DAS P K. Analisis struktur mikro, fasa dan konduktivitas listrik dari boron karbida sinter plasma percikan yang dikerjakan dengan WEDM. Keramik Internasional, 2020,46(3):2887-2894.
[85] YEGANEH M, SARAF HH, KAFI F, dkk. Prinsip pertama penyelidikan sifat getaran, elektronik dan optik boron karbida mirip graphene. Komunikasi Solid State, 2020,305:113750.
[86] CHANG YK, SUN XH, MA MD, dkk. Penerapan bahan keramik keras B4C dalam penyimpanan energi: merancang nanopartikel cangkang inti B4C@C sebagai elektroda untuk superkapasitor mikro keadaan padat yang fleksibel dengan kemampuan siklus sangat tinggi. Energi Nano, 2020,75:104947.
[87] LUO L, CHUNG SH, ASL HY, dkk. Baterai lithium-sulfur yang tahan lama dengan substrat katoda bifungsional yang dikonfigurasi dengan kawat nano boron karbida. Materi Lanjutan, 2018,30(39):1804149.
[88] LAGU NN, GAO Z, ZHANG YY, dkk. Baterai litium-sulfur fleksibel berkemampuan kerangka nano B4C. Energi Nano, 2019,58:30-39.
[89] ZHANG RH, CHI C, WU MC, dkk. Baterai Li-S yang tahan lama diaktifkan oleh katoda yang terbuat dari nanopartikel B4C yang terdistribusi dengan baik dan dihiasi serat kapas aktif. Jurnal Sumber Daya, 2020,451:227751.
