Jüngste Fortschritte bei Materialien auf Borbasis in Lithium-Schwefel-Batterien

Jüngste Fortschritte bei Materialien auf Borbasis in Lithium-Schwefel-Batterien

Autor: LI Gaoran, LI Hongyang, ZENG Haibo

MIIT Key Laboratory of Advanced Display Materials and Devices, Institute of Nano Optoelectronic Materials, School of Materials Science and Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094

Abstrakt

Aufgrund ihrer hohen Energiedichte und geringen Kosten spielen Lithium-Schwefel-Batterien (Li-S) eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung der elektrochemischen Energiespeichertechnologie der nächsten Generation. Ihre praktische Anwendung wird jedoch immer noch durch die träge Kinetik und die geringe Reversibilität der Umwandlungsreaktionen behindert, die zu einer relativ geringen praktischen Kapazität, Coulomb-Ineffizienz und Zykleninstabilität beitragen. In dieser Hinsicht stellt das rationale Design leitfähiger, adsorbierender und katalytischer Funktionsmaterialien einen entscheidenden Weg zur Stabilisierung und Förderung der Schwefelelektrochemie dar. Borbasierte Materialien profitieren von den einzigartigen atomaren und elektronischen Strukturen von Bor und weisen vielfältige und einstellbare physikalische, chemische und elektrochemische Eigenschaften auf und haben umfangreiche Forschungsaufmerksamkeit bei Li-S-Batterien erhalten. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die jüngsten Forschungsfortschritte bei borbasierten Materialien, einschließlich Borophen, mit Boratomen dotiertem Kohlenstoff, Metallboriden und Nichtmetallboriden in Li-S-Batterien, schließt die verbleibenden Probleme ab und schlägt die zukünftige Entwicklungsperspektive vor.

Schlüsselwörter:  Lithium-Schwefel-Batterie, Borid, chemische Dotierung, Borophen, Shuttle-Effekt, Rezension

Die Entwicklung grüner erneuerbarer Energien, die Entwicklung fortschrittlicher Methoden zur Energieumwandlung und -speicherung sowie die Einrichtung eines effizienten und sauberen Energiesystems sind unvermeidliche Entscheidungen zur Bewältigung der Energiekrise und des Klimawandels in der heutigen Welt. Die elektrochemische Energiespeichertechnologie, repräsentiert durch Batterien, kann neue saubere Energie umwandeln, speichern und in einer effizienteren und bequemeren Form nutzen und spielt eine wichtige Rolle bei der Förderung einer grünen Energiewirtschaft und einer nachhaltigen Entwicklung [1,2]. Unter vielen Batterietechnologien haben Lithium-Ionen-Batterien den Vorteil einer hohen Energiedichte und des Fehlens eines Memory-Effekts. Seit seiner Kommerzialisierung im Jahr 1991 hat es eine rasante Entwicklung erlebt und wird häufig in Elektrofahrzeugen, tragbaren elektronischen Geräten, der Landesverteidigung und anderen Bereichen eingesetzt [3,4]. Aufgrund der kontinuierlichen Weiterentwicklung elektrischer Geräte sind herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien jedoch nicht in der Lage, den wachsenden Energiebedarf zu decken. Vor diesem Hintergrund haben Lithium-Schwefel-Batterien aufgrund ihrer hohen theoretischen spezifischen Kapazität (1675 mAh·g-1) und Energiedichte (2600 Wh∙kg-1) große Aufmerksamkeit erregt. Gleichzeitig sind Schwefelressourcen reichlich vorhanden, weit verbreitet, kostengünstig und umweltfreundlich, was Lithium-Schwefel-Batterien in den letzten Jahren zu einem Forschungsschwerpunkt im Bereich neuer Sekundärbatterien gemacht hat [5,6].

1 Funktionsprinzip und bestehende Probleme von Lithium-Schwefel-Batterien

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Lithium-Schwefel-Batterien verwenden üblicherweise elementaren Schwefel als positive Elektrode und metallisches Lithium als negative Elektrode. Die grundlegende Batteriestruktur ist in Abbildung 1(a) dargestellt. Bei der elektrochemischen Reaktion handelt es sich um einen mehrstufigen Umwandlungsprozess mit mehreren Elektronenübertragungen, begleitet von einem Fest-Flüssig-Phasenübergang und einer Reihe von Lithiumpolysulfid-Zwischenprodukten (Abbildung 1(b)) [7,8]. Darunter sind elementarer Schwefel und kurzkettiges Li2S2/Li2S, die sich an beiden Enden der Reaktionskette befinden, im Elektrolyten unlöslich und liegen in Form von Niederschlägen auf der Elektrodenoberfläche vor. Langkettiges Lithiumpolysulfid (Li2Sx, 4≤x≤8) weist eine höhere Löslichkeit und Migrationsfähigkeit im Elektrolyten auf. Aufgrund der intrinsischen Eigenschaften von Elektrodenmaterialien und ihres Reaktionsmechanismus bei der Fest-Flüssig-Phasenumwandlung bieten Lithium-Schwefel-Batterien Energie- und Kostenvorteile, stehen aber auch vor vielen Problemen und Herausforderungen [9,10,11,12]:

Abb. 1 Schematische Darstellung (a) der Lithium-Schwefel-Batteriekonfiguration und (b) des entsprechenden Lade-Entlade-Prozesses[ 7 ]

1) Elementarer Schwefel und Li2S in fester Phase sammeln sich auf der Elektrodenoberfläche an und ihre intrinsische Elektronen- und Ionenträgheit führt zu Schwierigkeiten bei der Ladungsübertragung und einer langsamen Reaktionskinetik, wodurch die Ausnutzungsrate aktiver Materialien und die tatsächliche Kapazität der Batterie verringert werden.

2) An beiden Enden der Reaktionskette besteht ein großer Dichteunterschied zwischen Schwefel und Li2S (2,07 vs. 1,66 g∙cm-3). Das Material erfährt während des Reaktionsprozesses eine Volumenänderung von bis zu 80 % und die mechanische Strukturstabilität der Elektrode steht vor großen Herausforderungen.

3) Das Lösungs- und Migrationsverhalten von Lithiumpolysulfid im Elektrolyten verursacht einen starken „Shuttle-Effekt“, der zu einem starken Aktivmaterialverlust und Coulomb-Verlust führt. Darüber hinaus beteiligt sich Lithiumpolysulfid an chemischen/elektrochemischen Nebenreaktionen auf der Anodenoberfläche, was nicht nur zu einem weiteren Verlust an aktiven Materialien führt, sondern auch die Anodenoberfläche passiviert und korrodiert, die Bildung und das Wachstum von Lithiumdendriten begünstigt und die Sicherheitsrisiken erhöht.

Diese Probleme hängen zusammen und beeinflussen sich gegenseitig, was die Komplexität des Batteriesystems erheblich erhöht und es für aktuelle Lithium-Schwefel-Batterien schwierig macht, die Anforderungen praktischer Anwendungen hinsichtlich aktiver Materialausnutzung, tatsächlicher Energiedichte, Zyklenstabilität und Sicherheit zu erfüllen . Aus der Analyse der oben genannten Probleme geht hervor, dass eine angemessene Kontrolle des elektrochemischen Schwefelreaktionsprozesses die einzige Möglichkeit ist, die Leistung von Lithium-Schwefel-Batterien zu verbessern. Wie ein wirksames Management und eine Verbesserung der Schwefelelektrochemie erreicht werden können, hängt von der gezielten Gestaltung, Entwicklung und Anwendung fortschrittlicher Funktionsmaterialien ab. Unter diesen besteht die repräsentativste Strategie darin, funktionelle Materialien mit leitfähigen, adsorbierenden und katalytischen Eigenschaften als Schwefelkathodenwirte oder modifizierte Separatoren zu entwickeln. Durch seine physikalische und chemische Wechselwirkung mit Lithiumpolysulfid wird das aktive Material auf den positiven Elektrodenbereich beschränkt, wodurch die Auflösung und Diffusion gehemmt und seine elektrochemische Umwandlung gefördert wird. Dadurch wird der Shuttle-Effekt gemildert und die Energieeffizienz und Zyklenstabilität der Batterie verbessert [13,14]. Basierend auf dieser Idee haben Forscher gezielt verschiedene Arten von Funktionsmaterialien entwickelt, darunter Kohlenstoffmaterialien, leitfähige Polymere, metallorganische Gerüste, Metalloxide/-sulfide/-nitride usw. Es wurden gute Ergebnisse erzielt [15,16,17, 18,19].

2 Anwendung borbasierter Materialien in Lithium-Schwefel-Batterien

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Bor ist das kleinste Metalloidelement. Sein kleiner Atomradius und seine große Elektronegativität erleichtern die Bildung metallischer kovalenter Verbindungen. Boratome haben eine typische elektronenarme Struktur und ihre Valenzelektronenkonfiguration ist 2s22p1. Sie können durch verschiedene Hybridisierungsformen ein oder mehrere Elektronen mit anderen Atomen teilen, um Mehrzentrenbindungen zu bilden [20,21]. Diese Eigenschaften machen die Boridstruktur hochgradig einstellbar, weisen einzigartige und reichhaltige chemische und physikalische Eigenschaften auf und können in vielen Bereichen wie der Leichtindustrie, Baumaterialien, Landesverteidigung, Energie usw. weit verbreitet eingesetzt werden. [22,23]. Im Vergleich dazu steckt die Forschung zu borbasierten Materialien in Lithium-Schwefel-Batterien noch in den Kinderschuhen. In den letzten Jahren wurden Nanotechnologie und Charakterisierungsmethoden weiter weiterentwickelt, und die strukturellen Eigenschaften von Materialien auf Borbasis wurden kontinuierlich erforscht und weiterentwickelt, sodass sich auch deren gezielte Forschung und Anwendung in Lithium-Schwefel-Systemen abzuzeichnen beginnt. Vor diesem Hintergrund konzentriert sich dieser Artikel auf typische Materialien auf Borbasis wie Borophen, mit Boratomen dotierter Kohlenstoff, Metallboride und Nichtmetallboride. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die neuesten Forschungsfortschritte bei Lithium-Schwefel-Batterien, fasst bestehende Probleme zusammen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Entwicklungsrichtungen.

2.1 Boren

Borophen ist ein sehr repräsentatives Allotrop unter den Borelementen und weist eine einatomige zweidimensionale Struktur auf, die der von Graphen ähnelt. Im Vergleich zum massiven Borelement weist es überlegene elektrische, mechanische und thermische Eigenschaften auf und ist ein aufsteigender Stern bei zweidimensionalen Materialien [24]. Basierend auf topologischen Unterschieden in der Anordnung der Boratome weist Borophen reichhaltige Kristallstrukturen und elektronische Eigenschaften sowie anisotrope Leitfähigkeitseigenschaften auf. Wie aus Abbildung 2(a, b) ersichtlich ist, neigen Elektronen in Borophen dazu, sich auf der Oberseite der Boratome zu konzentrieren, und diese Elektronenpolarisationsbereiche weisen eine höhere Bindungsaktivität auf. Es wird erwartet, dass es gute chemische Adsorptionsstellen für Polysulfide in Lithium-Schwefel-Batteriesystemen bietet [25]. Gleichzeitig verfügt der Borophenfilm über eine gute elektrische Leitfähigkeit sowie physikalische und chemische Stabilität, sodass er ein gutes Anwendungspotenzial in Lithium-Schwefel-Batterien hat.

Abb. 2 (a) Strukturmodelle verschiedener Borophene und ihre entsprechenden Ladungsdichteverteilungen, (b) Adsorptionsenergien von Polysulfiden auf verschiedenen Borophenen[ 25 ]

Jiang et al. [26] fanden durch theoretische Berechnungen heraus, dass Borophen eine starke Adsorptionsfähigkeit für Lithiumpolysulfid aufweist. Allerdings kann diese starke Wechselwirkung auch leicht die Zersetzung von Li-S-Clustern auslösen, was zum Verlust von Schwefel, dem aktiven Material, führt. Im Vergleich dazu adsorbiert die Oberfläche von Borophen mit einer intrinsischen Defektstruktur Lithiumpolysulfid sanfter [27], wodurch das Shuttle-Verhalten eingeschränkt werden kann und gleichzeitig die Zersetzung und Zerstörung der Ringstruktur vermieden wird. Es wird erwartet, dass es sich zu einem geeigneteren Lithiumpolysulfid-Adsorptionsmaterial entwickelt. Gleichzeitig zeigen die Ergebnisse der Energiebandanalyse der Borophen-Lithiumpolysulfid-Adsorptionsstruktur, dass die Adsorptionscluster metallisch sind, was hauptsächlich auf die intrinsischen metallischen Eigenschaften von Bor und seine starke elektroakustische Kopplungsstärke zurückzuführen ist. Es wird erwartet, dass es den elektrochemischen Umwandlungsprozess von Schwefel unterstützt, um eine bessere Reaktionskinetik zu erreichen [28]. Darüber hinaus haben Grixti et al. [29] simulierten den Diffusionsprozess von Lithiumpolysulfidmolekülen auf der Oberfläche von β12-Boren. Es wurde festgestellt, dass β12-Boren eine starke Adsorption an einer Reihe von Lithiumpolysulfiden zeigte. Die niedrigsten Diffusionsenergiebarrieren von Li2S6- und Li2S4-Molekülen in Sesselrichtung betragen 0,99 bzw. 0,61 eV, was einfacher ist als die Diffusion in Zickzackrichtung. Dank seiner guten Adsorptionskapazität und moderaten Diffusionsenergiebarriere gilt β12-Boren als hervorragendes Lithiumpolysulfid-Adsorptionsmaterial, von dem erwartet wird, dass es den Shuttle-Effekt in Lithium-Schwefel-Batterien unterdrückt und die Reversibilität elektrochemischer Schwefelreaktionen verbessert.

Der Großteil der aktuellen Forschung zur Borverdünnung in Lithium-Schwefel-Batterien befindet sich jedoch noch im Stadium der theoretischen Vorhersage, und experimentelle Bestätigungen werden nur selten gemeldet. Dies ist hauptsächlich auf die Schwierigkeit zurückzuführen, verdünntes Bor herzustellen. Die Existenz von Bor wurde in den 1990er Jahren vorhergesagt, aber erst 2015 tatsächlich vorbereitet [30]. Ein Grund dafür könnte sein, dass Bor nur drei Valenzelektronen hat und eine Gerüststruktur bilden muss, um die fehlenden Elektronen zu kompensieren, wodurch es einfacher ist, eine 3D- statt einer 2D-Struktur zu bilden. Gegenwärtig beruht die Herstellung von Bor normalerweise auf Technologien wie Molekularstrahlepitaxie und Hochvakuum, Hochtemperatur und anderen Bedingungen, und die Syntheseschwelle ist hoch [31]. Daher ist es notwendig, eine einfachere und effizientere Bor-Synthesemethode zu entwickeln und deren Wirkung und damit verbundene Mechanismen in Lithium-Schwefel-Batterien weiter experimentell zu erforschen und zu demonstrieren.

2.2 Mit Boratomen dotierter Kohlenstoff

Chemisch dotierte Kohlenstoffmaterialien sind heiße Materialien im Bereich der neuen Energieforschung. Durch eine entsprechende Elementdotierung können die Vorteile von Kohlenstoffmaterialien wie geringes Gewicht und hohe Leitfähigkeit erhalten bleiben, ihnen aber gleichzeitig zusätzliche physikalische und chemische Eigenschaften verliehen werden, um sie an verschiedene Anwendungsszenarien anzupassen [32,33]. Chemisch dotierte Kohlenstoffmaterialien wurden umfassend in Lithium-Schwefel-Batterien untersucht [34,35], wobei die Dotierung mit hochelektronegativen Atomen wie Stickstoffatomen häufiger vorkommt. Im Gegensatz dazu hat Bor eine elektronenarme Struktur und ist weniger elektronegativ als Kohlenstoff. Nach dem Einbau in das Kohlenstoffgitter wird es elektropositiv. Es wird erwartet, dass es eine gute Adsorptionswirkung auf negativ geladene Polysulfidanionen ausübt und dadurch den Shuttle-Effekt abschwächt [36,37].

Yang et al. [38] verwendeten Bor-dotierten porösen Kohlenstoff als Schwefelkathoden-Wirtsmaterial und stellten fest, dass Bordotierung nicht nur die elektronische Leitfähigkeit des Kohlenstoffmaterials verbesserte, sondern auch eine positive Polarisation der Kohlenstoffmatrix induzierte. Negativ geladene Polysulfidionen werden durch elektrostatische Adsorption und Lewis-Wechselwirkung effektiv adsorbiert und verankert, wodurch ihre Auflösung und Diffusion gehemmt wird (Abbildung 3(a, b)). Daher weist die auf Bor-dotiertem porösem Kohlenstoff basierende Schwefelkathode eine höhere Anfangskapazität und eine stabilere Zyklenleistung auf als reine Kohlenstoff- und Stickstoff-dotierte Proben. Xu et al. [39] erhielten mit Boratomen dotiertes Kohlenstoffnanoröhren/Schwefel-Verbundkathodenmaterial (BUCNTs/S) durch ein hydrothermales Eintopfverfahren. Die Flüssigphasen-In-situ-Synthese sorgt für eine gleichmäßigere Schwefelverteilung im Verbundwerkstoff, während die Dotierung mit Bor dem kohlenstoffbasierten Wirtsmaterial eine höhere elektrische Leitfähigkeit und eine stärkere Fähigkeit zur Schwefelfixierung verleiht. Die resultierende BUCNTs/S-Elektrode erreichte eine anfängliche Kapazität von 1251 mAh∙g-1 bei 0,2 °C und konnte nach 400 Zyklen immer noch eine Kapazität von 750 mAh∙g-1 aufrechterhalten. Neben Schwefelkathodenwirten spielen auch mit Bor dotierte Kohlenstoffmaterialien eine wichtige Rolle bei der Entwicklung funktionaler Batterieseparatoren. Han et al. [40] beschichteten einen herkömmlichen Separator mit leichtem, mit Bor dotiertem Graphen, um eine funktionelle Modifikationsschicht aufzubauen. Dabei nutzten sie die Adsorption und Wiederverwendung von Polysulfiden, um den Shuttle-Effekt wirksam zu mildern und die Ausnutzungsrate aktiver Materialien zu verbessern.

Abb. 3 (a) Schema des B-dotierten Kohlenstoffrückgrats, (b) S2p-XPS-Spektren von Schwefelkompositen basierend auf mit verschiedenen Elementen dotierten porösen Kohlenstoff; und (c) Schema des Lade-Entlade-Prozesses des NBCGN/S-Verbundwerkstoffs, (d) Zyklen bei 0,2 °C und (e) Geschwindigkeitsleistungen von Schwefelelektroden basierend auf mit verschiedenen Elementen dotierten gebogenen Graphen-Nanobändern[ 44 ]

Angesichts der grundlegenden Eigenschaften verschiedener Dotierungselemente und ihrer unterschiedlichen Wirkungsweisen in der Kohlenstoffgitterstruktur ist die Codotierung mehrerer Elemente eine der wichtigen Strategien zur Regulierung der Oberflächenchemie von Kohlenstoffmaterialien und zur Verbesserung elektrochemischer Schwefelreaktionen [41, 42, 43 ]. In diesem Zusammenhang synthetisierte Kuangs Forschungsgruppe [44] erstmals mit Stickstoff und Bor kodotierte Graphen-Nanobänder (NBCGNs) durch ein hydrothermales Verfahren als Wirtsmaterial für die Schwefelkathode, wie in Abbildung 3(c) dargestellt. Die Studie ergab, dass der synergistische Effekt der gleichzeitigen Dotierung mit Stickstoff und Bor nicht nur dazu führt, dass NBCGNs eine größere spezifische Oberfläche, ein größeres Porenvolumen und eine höhere Leitfähigkeit erhalten, sondern auch dazu beiträgt, Schwefel gleichmäßig in der Kathode zu verteilen. Noch wichtiger ist, dass Bor und Stickstoff im kodotierten System als elektronenarme und elektronenreiche Zentren fungieren. Es kann über Lewis-Wechselwirkungen an Sx2- bzw. Li+ gebunden werden, wodurch Lithiumpolysulfid effizienter adsorbiert und die Zyklus- und Geschwindigkeitsleistung der Batterie deutlich verbessert wird (Abbildung 3(d, e)). Basierend auf ähnlichen Dotierungsstrategien für Elemente mit hoher und niedriger Elektronegativität. Jin et al. [45] stellten mit Bor und Sauerstoff codotierte mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren-Wirtsmaterialien unter Verwendung von Borsäure als Dotierungsmittel her. Die resultierende Batterie behält nach 100 Zyklen immer noch eine spezifische Kapazität von 937 mAh∙g-1 bei, was deutlich besser ist als die Batterieleistung basierend auf gewöhnlichen Carbonröhren (428 mAh∙g-1). Darüber hinaus haben Forscher auch andere Co-Doping-Formen ausprobiert. Die Einbeziehung von mit Borosilikat kodotiertem Graphen [46], Kobaltmetall und mit Borstickstoff kodotiertem Graphen [47] usw. hat die Batterieleistung effektiv verbessert. Der synergistische Effekt der co-dotierten Komponenten spielt eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der elektrochemischen Schwefelreaktion.

Die Dotierung mit Borelementen kann die Eigenleitfähigkeit und die chemische Oberflächenpolarität von Kohlenstoffmaterialien wirksam verbessern, die chemische Adsorption verstärken und das Pendelverhalten von Lithiumpolysulfid hemmen, wodurch die Kinetik und Stabilität der elektrochemischen Reaktion von Schwefel verbessert und die Batterieleistung verbessert wird. Dennoch gibt es bei der Erforschung bordotierter Kohlenstoffmaterialien in Lithium-Schwefel-Batterien noch viele Probleme, die weiter erforscht und analysiert werden müssen. Beispielsweise der Einfluss der Bor-Dotierungsmenge und der Dotierungskonfiguration auf die Leitfähigkeit, die Oberflächenladungsverteilung und das Adsorptionsverhalten von Lithiumpolysulfid von Kohlenstoffmaterialien. Gleichzeitig hängt die Frage, wie man Kohlenstoffmaterialien mit hohen Bor-Dotierungsniveaus erhält und wie man die Dotierungskonfiguration präzise steuert, von der Entwicklung fortschrittlicher Herstellungsmethoden und -technologien ab. Darüber hinaus müssen für co-dotierte Systeme mit mehreren Elementen noch geeignetere Dotierungselementkombinationen weiter erforscht werden. Stellen Sie eine systematische Struktur-Aktivitäts-Beziehung her, um den synergistischen Wirkungsmechanismus der co-dotierten Struktur und ihren Einfluss auf die Art und Intensität von Wirt-Gast-Wechselwirkungen in der Schwefelelektrochemie zu klären.

2.3 Metallboride

Metallverbindungen sind aufgrund ihrer intrinsischen chemischen Polaritätseigenschaften und guten morphologischen und strukturellen Plastizität seit jeher ein Forschungsschwerpunkt für Funktionsmaterialien in Lithium-Schwefel-Batterien. Es unterscheidet sich von gewöhnlichen Metalloxiden, Sulfiden, Nitriden und anderen ionischen Verbindungen. Metallboride bestehen in der Regel aus Bor- und Metallelementen auf Basis kovalenter Bindungen und ihre gefüllte Struktur erbt einen Teil der Metallizität. Es weist eine viel höhere Leitfähigkeit als andere Metallverbindungen auf (Abbildung 4) [48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56] und kann eine schnelle Elektronenversorgung für elektrochemische Reaktionen bereitstellen [57]. Gleichzeitig gibt es eine lokal begrenzte polare Ionenbindungsstruktur zwischen Metall und Bor, die gute Adsorptionsstellen für Polysulfide bieten kann [58,59]. Darüber hinaus wird die Stabilität von stark elektronegativem Bor nach dem Legieren mit Übergangsmetallen geschwächt und es kann leichter an Redoxreaktionen teilnehmen. Dies ermöglicht es Metallboriden, über Oberflächenreaktionen als Vermittler an elektrochemischen Lithium-Schwefel-Reaktionen teilzunehmen [60].

Abb. 4 Leitfähigkeitsvergleich mit mehreren Kategorien von Metallverbindungen[ 48 , 49 , 50 , 51 , 52 , 53 , 54 , 55 , 56 ]

Guan et al. [61] stellten ein Wirtsmaterial für Schwefelkathoden her, indem sie mithilfe einer Flüssigphasenreduktionsmethode amorphe Co2B-Nanopartikel auf Graphen aufbrachten. Studien haben ergeben, dass sowohl Bor als auch Kobalt als Adsorptionsstellen für die chemische Verankerung von Lithiumpolysulfid dienen können, wodurch dessen Auflösung und Migration gehemmt wird. In Verbindung mit der hervorragenden Fernleitfähigkeit von Graphen verfügt die Batterie nach 450 Zyklen bei 1 °C immer noch über eine spezifische Entladekapazität von 758 mAh·g-1, und die Kapazitätsabfallrate pro Zyklus beträgt 0,029 %, was eine hervorragende Zyklenleistung zeigt. Basierend auf einem ähnlichen synergistischen Adsorptionseffekt weist das Co2B@CNT-Verbundmaterial, das als funktioneller Separator für Lithium-Schwefel-Batterien verwendet wird, eine Adsorptionskapazität von Li2S6 von bis zu 11,67 mg∙m-2 auf [62], die das effektiv blockieren kann Diffusion und Penetration von Polysulfiden und erreichen den Zweck, den Shuttle-Effekt zu hemmen. Auf dieser Grundlage haben Guan et al. [63] verwendeten außerdem zweidimensionales Metallcarbid (MXene) als Träger, um ein Co2B@MXene-Heteroübergangs-Verbundmaterial herzustellen (Abbildung 5(a~d)). Durch theoretische Berechnungen wurde festgestellt, dass die elektronische Wechselwirkung an der Heteroübergangsschnittstelle zur Übertragung von Elektronen von Co2B auf MXene führt. Dieser Effekt verbessert die Adsorptions- und Katalysefähigkeit von Co2B für Polysulfide (Abbildung 5(a, b)). Daher beträgt die Kapazitätsschwundrate der Batterie, die auf dem funktional modifizierten Co2B@MXene-Separator basiert, während 2000 Zyklen nur 0,0088 % pro Zyklus. Und bei einer Schwefelbeladung von 5,1 mg∙cm-2 liegt die spezifische Kapazität immer noch bei 5,2 mAh∙cm-2 (Abbildung 5(c, d)). Es ist zu beachten, dass diese Art von Metallboridmaterialien mit amorpher Phase im Vergleich zu kristallinen Phasenstrukturen schonender und einfacher in der Materialvorbereitung ist. Allerdings sind die Kontrollierbarkeit und Stabilität seiner atomaren und molekularen Struktur relativ schlecht, was ein großes Hindernis für die Aufklärung seiner Komponenten und Mikrostruktur sowie die Erforschung seines Einflussmechanismus auf den elektrochemischen Schwefelreaktionsprozess darstellt.

Abb. 5 (a) Li2S4-Adsorptionskonfigurationen auf Co2B- und Co2B@MXene-Oberflächen, (b) Schema der Elektronenumverteilung an den Grenzflächen zwischen Co2B und MXene, (c) Zyklenleistungen von Zellen basierend auf Co2B@MXene und anderen Separatoren, ( d) langfristige Zyklenleistung der Co2B@MXene-Zelle[ 63 ]; (e) schematische Darstellung des oberflächenchemischen Einschlusses von Polysulfiden auf TiB2, (f) Adsorptionskonfigurationen und (g) Energien von Schwefelspezies auf (001)- und (111)-Oberflächen von TiB2, (h) Hochbeladungsleistung und (i ) Langzeitzyklen einer TiB2-basierten Schwefelelektrode[ 63 , 65 ]

TiB2 ist ein klassisches Metallborid mit ausgezeichneter elektrischer Leitfähigkeit (~106 S∙cm-1) und wird häufig in Bereichen wie leitfähiger Keramik, Präzisionsbearbeitung und elektrochemischen Geräten verwendet. TiB2 hat eine typische hexagonale Struktur und weist eine hohe Härte und Strukturelastizität auf, was zur Anpassung an die Volumenänderung der Schwefelreaktion beiträgt. Gleichzeitig wird erwartet, dass die große Anzahl ungesättigter Strukturen auf seiner Oberfläche eine starke chemische Grenzflächenwechselwirkung mit Lithiumpolysulfid eingeht [64], wodurch gute Adsorptions- und Einschlusseffekte erzielt werden. Li et al. [65] berichteten erstmals, dass TiB2 als Wirtsmaterial für Schwefelkathoden verwendet wurde. Wie in Abbildung 5(z. B.) dargestellt, wird die Oberfläche von TiB2 während des thermischen Compoundierungsprozesses mit S teilweise schwefelt. Das während der Reaktion erzeugte Lithiumpolysulfid wird effektiv durch Van-der-Waals-Kräfte und Lewis-Säure-Base-Wechselwirkungen adsorbiert, und die Wirkung dieses Mechanismus ist auf der (001)-Oberfläche deutlicher. Die erhaltene Schwefelkathode erreichte einen stabilen Zyklus von 500 Zyklen bei 1C-Rate und gleichzeitig behielt die spezifische Kapazität nach 100 Zyklen immer noch 3,3 mAh∙cm-2 bei einer Schwefelbeladung von 3,9 mg∙cm-2 bei. zeigte eine gute elektrochemische Leistung (Abbildung 5(h, i)). Basierend auf den Ergebnissen der XPS-Analyse und theoretischen Berechnungen sollte der hervorragende Lithiumpolysulfid-Adsorptionseffekt von TiB2 auf seinen Oberflächen-„Passivierungs“-Mechanismus zurückzuführen sein. Darüber hinaus verglich Lus Forschungsgruppe [66] die Adsorptionseffekte von TiB2, TiC und TiO2 auf Lithiumpolysulfid und untersuchte den Konkurrenzmechanismus zwischen der entsprechenden chemischen Adsorption und Solvatationsdesorption. Die Ergebnisse zeigen, dass Bor mit geringerer Elektronegativität TiB2 eine stärkere Adsorptionskapazität verleiht und in Kombination mit einem Etherelektrolyten mit schwacher Solvatisierungskapazität die Schwefelausnutzung effektiv verbessern und die Reversibilität elektrochemischer Reaktionen verbessern kann. Vor diesem Hintergrund wurde TiB2 auch zur Konstruktion multifunktionaler Separatoren verwendet [67], die aktive Materialien effizient adsorbieren, verankern und wiederverwenden und so die Batteriezyklusstabilität erheblich verbessern. Die Kapazität kann nach 300 Zyklen bei 0,5 °C 85 % des Ausgangswerts beibehalten.

Ähnlich wie TiB2 weist MoB eine gute Leitfähigkeit auf, und seine intrinsische zweidimensionale Struktur begünstigt die vollständige Freilegung der Adsorptionsstellen und wird voraussichtlich zu einem guten Schwefelkathodenkatalysator werden [68]. Die Manthiram-Forschungsgruppe an der University of Texas in Austin [69] verwendete Sn als Reduktionsmittel und synthetisierte MoB-Nanopartikel über ein Festphasenverfahren, das gute Adsorptions- und katalytische Fähigkeiten für Lithiumpolysulfid zeigte. MoB hat eine hohe elektronische Leitfähigkeit (1,7×105 S∙m-1), die eine schnelle Elektronenversorgung für Schwefelreaktionen ermöglichen kann; Gleichzeitig begünstigen die hydrophilen Oberflächeneigenschaften von MoB die Elektrolytbenetzung und unterstützen den schnellen Transport von Lithiumionen. Dies stellt die Nutzung aktiver Materialien unter mageren Elektrolytbedingungen sicher; Darüber hinaus kann MoB in Nanogröße die durch elektronenarme Boratome induzierten katalytisch aktiven Zentren vollständig freilegen, wodurch das Material sowohl eine hervorragende intrinsische als auch scheinbare katalytische Aktivität aufweist. Aufgrund dieser Vorteile kann MoB, selbst wenn es in einer kleinen Menge zugesetzt wird, die elektrochemische Leistung erheblich verbessern und eine erhebliche Praktikabilität zeigen. Die resultierende Batterie weist nach 1.000 Zyklen bei einer 1C-Rate eine Kapazitätsabnahme von nur 0,03 % pro Zyklus auf. Und bei einer Schwefelbeladung von 3,5 mg∙cm-2 und einem Elektrolyt/Schwefel-Verhältnis (E/S) von 4,5 ml∙g-1 wurde eine hervorragende Zyklusleistung der Soft-Package-Batterie erreicht. Darüber hinaus verwendete die Nazar-Forschungsgruppe [70] leichtes MgB2 als elektrochemisches Umwandlungsmedium für Lithiumpolysulfid. Es wurde festgestellt, dass sowohl B als auch Mg als Adsorptionsstellen für Polysulfidanionen dienen, den Elektronentransfer verstärken und eine bessere Zyklenstabilität bei hoher Schwefelbeladung (9,3 mg∙cm-2) erreichen können.

Diese Arbeiten veranschaulichen vollständig die Wirksamkeit und Überlegenheit von Metallboriden bei der Verbesserung elektrochemischer Schwefelreaktionen. Allerdings gibt es im Vergleich zu Systemen wie Metalloxiden und Sulfiden noch relativ wenige Forschungsberichte zu Metallboriden in Lithium-Schwefel-Batterien, und auch die Forschung zu Materialien und damit verbundenen Mechanismen muss erweitert und vertieft werden. Darüber hinaus weisen kristalline Metallboride in der Regel eine hohe strukturelle Festigkeit auf, und der Herstellungsprozess erfordert das Überwinden hoher Energiebarrieren sowie hohe Temperaturen, hohen Druck und andere raue Bedingungen, was ihre Forschung und Anwendung einschränkt. Daher ist die Entwicklung einfacher, milder und effizienter Methoden zur Metallboridsynthese auch eine wichtige Richtung in der Metallboridforschung.

2.4 Nichtmetallboride

Im Vergleich zu Metallboriden sind Nichtmetallboride in der Regel weniger dicht und leichter, was der Entwicklung von Batterien mit hoher Energiedichte zugute kommt; Ihre geringere Leitfähigkeit stellt jedoch einen Widerstand gegen die Effizienz und Kinetik elektrochemischer Schwefelreaktionen dar. Derzeit haben Forscher gewisse Fortschritte bei der Konstruktion von schwefelfixierenden Materialien für Lithium-Schwefel-Batterien auf der Basis von Nichtmetallboriden, einschließlich Bornitrid, Borcarbid, Borphosphid und Borsulfid, erzielt [71, 72, 73].

Bornitrid (BN) und Borcarbid (BC) sind die beiden am häufigsten untersuchten Nichtmetallboride. BN besteht aus abwechselnd verbundenen Stickstoffatomen und Boratomen und umfasst hauptsächlich vier Kristallformen: hexagonal, trigonal, kubisch und Leurit [74]. Unter ihnen weist hexagonales Bornitrid (h-BN) aufgrund seiner graphitähnlichen zweidimensionalen Struktur und lokalisierten elektronischen Polarisationseigenschaften Eigenschaften wie eine große Bandlücke, eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine gute thermische und chemische Stabilität auf [75,76]. Die BN-Struktur weist offensichtliche polare Eigenschaften auf und verfügt über eine starke chemische Adsorptionskapazität für Lithiumpolysulfid. Gleichzeitig können die chemischen Eigenschaften der Oberfläche durch Elementdotierung und topologische Defektkonstruktion gesteuert werden, um die Stabilität der Polysulfid-Molekülstruktur sicherzustellen und gleichzeitig ihre Adsorptionsstärke zu verbessern [77]. Basierend auf dieser Idee haben Yi et al. [78] berichteten über ein stickstoffarmes Bornitrid mit wenigen Schichten (v-BN) als Wirtsmaterial für Schwefelkathoden (Abbildung 6(a)). Studien haben ergeben, dass die elektropositiven Leerstellen in v-BN nicht nur zur Fixierung und Umwandlung von Polysulfiden beitragen, sondern auch die Diffusion und Migration von Lithiumionen beschleunigen. Im Vergleich zum ursprünglichen BN weist die v-BN-basierte Kathode eine höhere Anfangskapazität bei 0,1 °C auf (1262 vs. 775 mAh∙g-1), und die Kapazitätsabfallrate nach 500 Zyklen bei 1 °C beträgt nur 0,084 % pro Zyklus. Zeigt eine gute Fahrstabilität. Darüber hinaus haben He et al. [79] fanden heraus, dass O-Dotierung die chemische Polarität der BN-Oberfläche weiter verbessern, das Material zur Bildung einer größeren spezifischen Oberfläche veranlassen und gleichzeitig die intrinsischen und scheinbaren Adsorptionseigenschaften verbessern kann.

Abb. 6 (a) TEM-Bild und schematische Atomstruktur von v-BN[ 78 ]; (b) Schema des g-C3N4/BN/Graphen-Verbundionensiebs und (c) die entsprechende Li-S-Zellzyklusleistung[ 80 ]; (d) Schematisches und optisches Bild des dreischichtigen BN/Celgard/Kohlenstoff-Separators und (e) die entsprechende Zellzyklusleistung[ 83 ]; (f) Schema und (g) SEM-Bild von B4C@CNF und das Modell des B4C-Nanodrahts, (h) Li2S4-Adsorptionsenergien auf verschiedenen Facetten von B4C[ 87 ]

Obwohl BN-Material gute chemische Adsorptionseigenschaften aufweist, ist seine eigene schlechte Leitfähigkeit nicht förderlich für eine reaktive Ladungsübertragung. Daher ist die Gestaltung von Verbundstrukturen mit leitfähigen Materialien eine wichtige Möglichkeit, deren umfassende Adsorptions- und Katalyseleistung weiter zu verbessern. Vor diesem Hintergrund haben Deng et al. [80] entwarfen ein zusammengesetztes Ionensieb auf Basis von graphitähnlichem Kohlenstoffnitrid (g-C3N4), BN und Graphen als multifunktionale Zwischenschicht für Lithium-Schwefel-Batterien (Abbildung 6(b)). Unter anderem können die 0,3 nm großen geordneten Ionenkanäle in der g-C3N4-Struktur Polysulfide effektiv blockieren und Lithiumionen durchlassen. BN dient als Reaktionskatalysator, um die Umwandlung von Polysulfiden zu fördern, und Graphen dient als eingebauter Stromkollektor, um eine hervorragende Fernleitfähigkeit zu gewährleisten. . Dank der synergistischen Wirkung dieser drei zweidimensionalen Komponenten kann die resultierende Batterie mehr als 500 Zyklen bei einer hohen Schwefelbeladung von 6 mg∙cm-2 und einer Rate von 1C stabil durchlaufen (Abbildung 6(c)). Darüber hinaus haben Forscher versucht, eine dünne Schicht aus einem BN-Nanoblatt/Graphen-Verbundfilm auf der Oberfläche der Kathode als Schutzschicht in einer einfacheren und direkteren Form aufzutragen [81,82]. Es hemmt wirksam die Auflösung und Diffusion von Lithiumpolysulfid und verbessert die spezifische Kapazität und Zyklenstabilität der Schwefelkathode deutlich. Während 1000 Zyklen bei 3 °C beträgt die Kapazitätsdämpfungsrate nur 0,0037 % pro Zyklus. Interessanterweise hat die Forschungsgruppe Ungyu Paik an der Hanyang-Universität [83] eine andere Kombination von Ideen übernommen, um einen multifunktionalen Separator mit einer BN/Celgard/Kohlenstoff-Sandwichstruktur zu konstruieren. Wie in Abbildung 6(d) gezeigt, sind die kohlenstoffhaltige Schicht und die BN-Schicht jeweils auf der positiven und negativen Elektrodenseite des gewöhnlichen Separators aufgetragen. Unter diesen können die Kohlenstoffschicht und die BN-Schicht gemeinsam den Transport von Lithiumpolysulfid blockieren und dessen Diffusion zur Oberfläche der negativen Elektrode begrenzen. Gleichzeitig begrenzt die BN-Schicht auf der Seite der negativen Elektrode auch das Wachstum von Lithiumdendriten. Dank dieses kooperativen Schutzmechanismus weist der Akku nach 250 Zyklen bei 0,5 °C eine hohe Kapazitätserhaltungsrate (76,6 %) und eine spezifische Kapazität (780,7 mAh∙g-1) auf. Deutlich besser als gewöhnliche Separatoren und mit reinem Kohlenstoff modifizierte Separatoren (Abbildung 6(e)).

Im Vergleich zu N weist C eine geringere Elektronegativität auf, sodass der Elektronegativitätsunterschied zwischen B und C gering ist, was zu einer schwächeren chemischen Polarität der BC-Struktur im Vergleich zu NC führt. Gleichzeitig wird aber die Elektronendelokalisierung in der BC-Struktur verstärkt und die Leitfähigkeit verbessert [84,85]. Daher weist BC im Allgemeinen relativ komplementäre physikalische und chemische Eigenschaften zu BN auf. Es weist eine geringe Dichte, eine relativ gute Leitfähigkeit und gute katalytische Eigenschaften auf und hat vielversprechende Anwendungsaussichten im Energiebereich [86]. Luo et al. [87] züchteten Borcarbid-Nanodrähte (B4C@CNF) in situ auf Kohlenstofffasern als Kathodenwirtsmaterial (Abbildung 6(f~h)). Unter anderem adsorbiert und bindet B4C Polysulfide effizient durch BS-Bindung. Gleichzeitig trägt sein leitendes Kohlenstofffasernetzwerk zu einer schnellen Umwandlung des adsorbierten Schwefels bei und verbessert die Reaktionskinetik. Die erhaltene Schwefelkathode weist nach 500 Zyklen eine Kapazitätserhaltung von 80 % auf und kann bei hohem Schwefelgehalt (Massenanteil 70 %) und Beladungskapazität (10,3 mg∙cm-2) stabile Zyklen erreichen. Lied et al. [88] konstruierten eine super-begrenzte Schwefelwirtsstruktur um B4C. Die Struktur verwendet aktivierten porösen Baumwollkohlenstoff als flexible Matrix, B4C-Nanofasern als aktives Skelett und reduziertes Graphenoxid für die weitere Beschichtung. Kombiniert effizient physikalische und chemische Eingrenzung, mildert den Verlust aktiver Substanzen und erreicht eine hervorragende Zyklenstabilität. Angesichts der guten Adsorptions- und katalytischen Eigenschaften von B4C verteilte Zhaos Forschungsgruppe [89] B4C-Nanopartikel durch eine in-situ-katalytisch unterstützte Wachstumsmethode gleichmäßig in Kohlenstofffasergewebe, um aktive Stellen effizient zu dispergieren und freizulegen. Die erhaltene Schwefelkathode hat eine Anfangskapazität von bis zu 1415 mAh∙g-1 (0,1C) bei einer Beladung von 3,0 mg∙cm-2 und eine extrem lange Lebensdauer von 3000 Zyklen bei 1C, was gute Anwendungsaussichten zeigt.

Aus dem oben Gesagten ist ersichtlich, dass nichtmetallisches Borid eine gute Adsorption und katalytische Wirkung auf Lithiumpolysulfid hat, seine Leitfähigkeit jedoch relativ gering ist und immer noch ein leitfähiger Träger erforderlich ist, um die elektrochemische Schwefelreaktion zu unterstützen. Unter anderem führt der Unterschied in der elektronischen Struktur benachbarter N- und C-Atome dazu, dass BN- und BC-Materialien ihre eigenen Vor- und Nachteile hinsichtlich der Leitfähigkeit und Wechselwirkung mit Lithiumpolysulfid haben. Vor diesem Hintergrund kann diese Art von Nichtmetallborid in Kombination mit Borsulfid, Borphosphid, Boroxid usw. als guter Träger und Plattform zur Untersuchung der Struktur-Aktivitäts-Beziehung zwischen lokaler chemischer Polarstruktur und Adsorptionskatalysator verwendet werden Fähigkeit. Es wird erwartet, dass weitere systematische Korrelationen und Analysen dazu beitragen werden, die relevanten mikroskopischen Reaktionsprozesse zu verstehen, die Feinstruktur von Materialien zu regulieren und die elektrochemische Leistung von Batterien zu verbessern. Darüber hinaus muss die weitere Anwendung und Entwicklung von Nichtmetallboriden in Lithium-Schwefel-Batterien noch auf die Verbesserung und Optimierung ihrer Herstellung angewiesen sein. Entwickeln Sie einfache und schonende Herstellungstechnologien, entwickeln Sie gleichzeitig Materialstrukturen mit höherer intrinsischer Leitfähigkeit und entwerfen Sie effizientere Verbundmaterialien, um Leitfähigkeit, Adsorption und katalytische Effekte auszugleichen und zu berücksichtigen.

3 Fazit

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Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Lithium-Schwefel-Batterien aufgrund ihrer Multielektronentransferreaktionen eine hohe theoretische Energiedichte aufweisen. Ihr Umwandlungsreaktionsmechanismus und die intrinsische schwache Leitfähigkeit der aktiven Materialien behindern jedoch die Realisierung der Vorteile. Materialien auf Borbasis verfügen über einzigartige physikalische und chemische Eigenschaften sowie elektrochemische Eigenschaften. Ihr gezieltes Design und ihre rationelle Anwendung sind wirksame Möglichkeiten, den Shuttle-Effekt von Lithium-Schwefel-Batterien zu mildern und die Reaktionskinetik und Reversibilität zu verbessern. Sie haben sich in den letzten Jahren rasant entwickelt. Allerdings steckt die Erforschung und Anwendung borbasierter Materialien in Lithium-Schwefel-Batterien noch in den Kinderschuhen, und das Design der Materialstruktur und ihr Wirkungsmechanismus auf den elektrochemischen Reaktionsprozess der Batterie müssen weiterentwickelt und erforscht werden. Unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften und der oben genannten Forschungsfortschritte ist der Autor der Ansicht, dass bei der zukünftigen Entwicklung borbasierter Materialien in Lithium-Schwefel-Batterien den folgenden Richtungen mehr Aufmerksamkeit gewidmet werden sollte:

1) Materialsynthese. Die synthetische Herstellung ist ein häufiges Problem bei den oben genannten Materialien auf Borbasis. Es besteht ein dringender Bedarf, einfachere, schonendere und effizientere Materialvorbereitungsmethoden zu entwickeln, um eine materielle Grundlage für die Mechanismusforschung und Anwendungsförderung zu schaffen. Unter diesen ist die Herstellung amorpher Metallboride durch die Flüssigphasenreduktionsmethode eine vielversprechende Entwicklungsrichtung. Gleichzeitig könnte die Erforschung und Entwicklung von Synthesewegen auf der Basis von Solvothermal- oder Salzschmelzemethoden unter Nutzung seiner Vorteile und Erfahrungen auch neue Ideen für die Herstellung von Materialien auf Borbasis liefern. Darüber hinaus muss während des Herstellungsprozesses von Borid besonderes Augenmerk auf die Kontrolle und Gestaltung der Nanostruktur und ihrer Stabilität gelegt werden, um den Anforderungen der Grenzflächenreaktionseigenschaften von Lithium-Schwefel-Batterien gerecht zu werden.

2) Erforschung des Mechanismus. Materialien auf Borbasis verfügen über einzigartige und reichhaltige chemische Oberflächeneigenschaften. Zur weiteren Untersuchung der Wirt-Gast-Wechselwirkungen zwischen borbasierten Materialien und Polysulfiden sollten In-situ-Charakterisierungsmethoden eingesetzt werden. Besonderes Augenmerk sollte auf die irreversible Oberflächensulfatierung, selbstelektrochemische Oxidation und Reduktion usw. gelegt werden, um die entscheidenden Strukturfaktoren seiner Adsorptions- und katalytischen Fähigkeiten aufzudecken und theoretische Leitlinien und Grundlagen für die gezielte Gestaltung und Entwicklung von Materialien bereitzustellen. Darüber hinaus ist es bei den repräsentativen amorphen Metallboriden erforderlich, besonderes Augenmerk auf die Unterschiede in der Mikrostruktur und den damit verbundenen physikalischen und chemischen Eigenschaften zwischen amorphen und kristallinen Boriden zu legen und bei der Entwicklung entsprechender Technologien zur Strukturanalyse und Eigenschaftscharakterisierungsanalyse mitzuarbeiten. Vermeiden Sie es, die Wechselwirkung zwischen amorphen Materialien, Lithiumpolysulfid und seinem Reaktionsprozess ausschließlich auf der Grundlage der Kristallstruktur abzuleiten.

3) Leistungsbewertung. Um das Material- und Batteriebewertungssystem zu optimieren und gleichzeitig die Schwefeloberflächenbeladung zu erhöhen, sollte mehr Aufmerksamkeit auf die Regulierung wichtiger Parameter wie Dicke und Porosität der Elektrode gelegt werden, um gleichzeitig die Qualität und volumetrische Energiedichte der Elektrode zu verbessern. Darüber hinaus wurden die elektrochemischen Eigenschaften unter Bedingungen einer niedrigen Elektrolytdosierung (E/S<5 mL∙g-1S) und eines niedrigen negativen/positiven Elektrodenkapazitätsverhältnisses (N/P<2) weiter untersucht. Gleichzeitig untersuchen wir den Verstärkungseffekt und damit verbundene wissenschaftliche und technische Fragen von Laborknopfzellen bis hin zur tatsächlichen Produktion zylindrischer oder flexibler Verpackungsbatterien und nehmen eine vernünftige und umfassende Bewertung der Leistungswettbewerbsfähigkeit der Batterieebene vor. Bereitstellung von Leitlinien und Referenzen für die kommerzielle Entwicklung von Lithium-Schwefel-Batterien.

Zusammenfassend konzentriert sich dieser Artikel auf Materialien auf Borbasis und gibt einen Überblick über die neuesten Forschungsfortschritte zu Borophen, mit Boratomen dotiertem Kohlenstoff, Metallboriden und Nichtmetallboriden in Lithium-Schwefel-Batteriesystemen. Ich hoffe, dass es Kollegen als Referenz und Inspiration dienen, die Entwicklung und Anwendung borbasierter Materialien im Bereich der neuen Energien erweitern und die praktische Entwicklung von Lithium-Schwefel-Batterien fördern kann.

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