لتیم سلفر بیٹری میں بوران پر مبنی مواد

لیتھیم سلفر بیٹری میں بوران پر مبنی مواد کی حالیہ پیشرفت

مصنف:ایل آئی گاؤران، ایل آئی ہانگ یانگ، زینگ ہائیبو

MIIT کلیدی لیبارٹری آف ایڈوانسڈ ڈسپلے میٹریلز اور ڈیوائسز، انسٹی ٹیوٹ آف نینو آپٹو الیکٹرانک میٹریلز، سکول آف میٹریلز سائنس اینڈ انجینئرنگ، نانجنگ یونیورسٹی آف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی، نانجنگ 210094

خلاصہ

لیتھیم سلفر (Li-S) بیٹریاں اپنی اعلی توانائی کی کثافت اور کم قیمت کی وجہ سے اگلی نسل کی الیکٹرو کیمیکل توانائی ذخیرہ کرنے والی ٹیکنالوجی کی ترقی میں اہم کردار ادا کرتی ہیں۔ تاہم، ان کے عملی اطلاق میں اب بھی سست حرکیات اور تبادلوں کے رد عمل کی کم الٹ پھیر کی وجہ سے رکاوٹ ہے، جو نسبتاً کم عملی صلاحیت، کولمبک غیر موثریت، اور سائیکلنگ کی عدم استحکام کا باعث بنتے ہیں۔ اس سلسلے میں، conductive، adsorptive اور اتپریرک فنکشنل مواد کا عقلی ڈیزائن سلفر الیکٹرو کیمسٹری کو مستحکم اور فروغ دینے کے لیے ایک اہم راستہ پیش کرتا ہے۔ بوران کے منفرد جوہری اور الیکٹرانک ڈھانچے سے فائدہ اٹھاتے ہوئے، بوران پر مبنی مواد متعدد اور قابل فزیکل، کیمیائی اور الیکٹرو کیمیکل خصوصیات کی نمائش کرتا ہے، اور Li-S بیٹریوں میں وسیع تحقیقی توجہ حاصل کی ہے۔ یہ مقالہ بورون پر مبنی مواد کی حالیہ تحقیقی پیشرفت کا جائزہ لیتا ہے، بشمول بوروفین، بوران ایٹم ڈوپڈ کاربن، میٹل بورائڈز اور Li-S بیٹریوں میں نان میٹل بورائڈز، باقی مسائل کو ختم کرتا ہے اور مستقبل کے ترقی پذیر تناظر کی تجویز پیش کرتا ہے۔

مطلوبہ الفاظ:لیتھیم سلفر بیٹری، بورائیڈ، کیمیائی ڈوپنگ، بوروفین، شٹل اثر، جائزہ

آج کی دنیا میں توانائی کے بحران اور موسمیاتی تبدیلیوں سے نمٹنے کے لیے سبز قابل تجدید توانائی کو فروغ دینا، توانائی کی منتقلی اور ذخیرہ کرنے کے جدید طریقے تیار کرنا، اور ایک موثر اور صاف توانائی کا نظام قائم کرنا ناگزیر انتخاب ہیں۔ الیکٹرو کیمیکل توانائی ذخیرہ کرنے والی ٹیکنالوجی، جس کی نمائندگی بیٹریاں کرتی ہے، نئی صاف توانائی کو تبدیل اور ذخیرہ کر سکتی ہے اور اسے زیادہ موثر اور آسان شکل میں استعمال کر سکتی ہے، جو کہ سبز توانائی کی معیشت اور پائیدار ترقی کو فروغ دینے میں اہم کردار ادا کرتی ہے [1,2]۔ بیٹری کی بہت سی ٹکنالوجیوں میں، لتیم آئن بیٹریوں میں توانائی کی کثافت اور کوئی میموری اثر نہیں ہونے کے فوائد ہوتے ہیں۔ اس نے 1991 میں اپنی کمرشلائزیشن کے بعد سے تیزی سے ترقی حاصل کی ہے، اور یہ برقی گاڑیوں، پورٹیبل الیکٹرانک آلات، قومی دفاع اور دیگر شعبوں میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی رہی ہے [3,4]۔ تاہم، برقی آلات کی مسلسل ترقی کے ساتھ، روایتی لتیم آئن بیٹریاں توانائی کی بڑھتی ہوئی طلب کو پورا کرنے میں ناکام رہی ہیں۔ اس پس منظر میں، لیتھیم سلفر بیٹریوں نے اپنی اعلی نظریاتی مخصوص صلاحیت (1675 mAh·g-1) اور توانائی کی کثافت (2600 Wh∙kg-1) کی وجہ سے بڑے پیمانے پر توجہ مبذول کرائی ہے۔ ایک ہی وقت میں، سلفر کے وسائل وافر، وسیع پیمانے پر تقسیم، کم قیمت، اور ماحول دوست ہیں، حالیہ برسوں میں نئی ​​ثانوی بیٹریوں کے میدان میں لیتھیم سلفر بیٹریوں کو ایک تحقیقی ہاٹ اسپاٹ بنا رہے ہیں [5,6]۔

1 کام کرنے والے اصول اور لتیم سلفر بیٹریوں کے موجودہ مسائل

لیتھیم سلفر بیٹریاں عام طور پر عنصری سلفر کو مثبت الیکٹروڈ کے طور پر اور دھاتی لتیم کو منفی الیکٹروڈ کے طور پر استعمال کرتی ہیں۔ بیٹری کی بنیادی ساخت کو شکل 1(a) میں دکھایا گیا ہے۔ الیکٹرو کیمیکل ری ایکشن ایک ملٹی سٹیپ کنورژن ری ایکشن عمل ہے جس میں ایک سے زیادہ الیکٹران کی منتقلی شامل ہوتی ہے، اس کے ساتھ ٹھوس-مائع مرحلے کی منتقلی اور لیتھیم پولی سلفائیڈ انٹرمیڈیٹس کی ایک سیریز (شکل 1(b)) [7,8]۔ ان میں سے، عنصری سلفر اور شارٹ چین Li2S2/Li2S جو رد عمل کی زنجیر کے دونوں سروں پر واقع ہیں الیکٹرولائٹ میں ناقابل حل ہیں اور الیکٹروڈ کی سطح پر ورن کی صورت میں موجود ہیں۔ لانگ چین لیتھیم پولی سلفائیڈ (Li2Sx، 4 سے کم یا اس کے برابر x 8 سے کم یا اس کے برابر) الیکٹرولائٹ میں زیادہ حل پذیری اور منتقلی کی صلاحیت رکھتا ہے۔ الیکٹروڈ مواد کی اندرونی خصوصیات اور ان کے ٹھوس مائع مرحلے کی تبدیلی کے رد عمل کے طریقہ کار کی بنیاد پر، لیتھیم سلفر بیٹریاں توانائی اور لاگت کے فوائد رکھتی ہیں، لیکن انہیں بہت سے مسائل اور چیلنجوں کا بھی سامنا ہے [9,10,11,12]:

تصویر 1 (a) لتیم سلفر بیٹری کی ترتیب اور (b) متعلقہ چارج ڈسچارج عمل کا اسکیمیٹک خاکہ[7]

1) سالڈ فیز ایلیمینٹل سلفر اور Li2S الیکٹروڈ کی سطح پر جمع ہوتے ہیں، اور ان کے اندرونی الیکٹران اور آئن کی جڑت چارج ٹرانسمیشن اور سست رد عمل کائینیٹکس میں دشواری کا باعث بنتی ہے، اس طرح فعال مواد کے استعمال کی شرح اور بیٹری کی اصل صلاحیت کو کم کرتی ہے۔

2) رد عمل کے سلسلہ کے دونوں سروں پر سلفر اور Li2S کے درمیان کثافت کا بڑا فرق ہے (2.07 بمقابلہ 1.66 g∙cm-3)۔ مواد کو رد عمل کے عمل کے دوران 80% تک حجم میں تبدیلی کا سامنا کرنا پڑتا ہے، اور الیکٹروڈ کے میکانکی ساختی استحکام کو بڑے چیلنجوں کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔

3) الیکٹرولائٹ میں لیتھیم پولی سلفائیڈ کی تحلیل اور منتقلی کا رویہ ایک شدید "شٹل اثر" کا سبب بنتا ہے، جس کے نتیجے میں شدید فعال مادی نقصان اور کولمب نقصان ہوتا ہے۔ اس کے علاوہ، لیتھیم پولی سلفائیڈ اینوڈ کی سطح پر کیمیائی/الیکٹرو کیمیکل ضمنی رد عمل میں حصہ لیتی ہے، جو نہ صرف فعال مادوں کے مزید نقصان کا باعث بنتی ہے، بلکہ اینوڈ کی سطح کو غیر فعال اور کورروڈ کرتی ہے، لیتھیم ڈینڈرائٹس کی تشکیل اور نشوونما کو بڑھاتی ہے، اور حفاظتی خطرات کو بڑھاتی ہے۔

یہ مسائل آپس میں جڑے ہوئے ہیں اور ایک دوسرے پر اثر انداز ہوتے ہیں، جو بیٹری سسٹم کی پیچیدگی کو بہت زیادہ بڑھاتے ہیں، جس سے موجودہ لیتھیم سلفر بیٹریوں کے لیے فعال مواد کے استعمال، حقیقی توانائی کی کثافت، سائیکل کے استحکام اور حفاظت کے لحاظ سے عملی ایپلی کیشنز کی ضروریات کو پورا کرنا مشکل ہو جاتا ہے۔ . مندرجہ بالا مسائل کے تجزیہ سے، یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ سلفر الیکٹرو کیمیکل ری ایکشن کے عمل کا معقول کنٹرول لیتھیم سلفر بیٹریوں کی کارکردگی کو بہتر بنانے کا واحد طریقہ ہے۔ سلفر الیکٹرو کیمسٹری کے موثر انتظام اور بہتری کو کیسے حاصل کیا جائے اس کا انحصار جدید فنکشنل مواد کے ٹارگٹڈ ڈیزائن، ترقی اور استعمال پر ہے۔ ان میں، سب سے زیادہ نمائندہ حکمت عملی سلفر کیتھوڈ ہوسٹس یا تبدیل شدہ جداکاروں کے طور پر کنڈکٹیو، جذب اور اتپریرک خصوصیات کے ساتھ فعال مواد تیار کرنا ہے۔ لیتھیم پولی سلفائیڈ کے ساتھ اس کے جسمانی اور کیمیائی تعامل کے ذریعے، فعال مواد مثبت الیکٹروڈ ایریا تک محدود ہے، تحلیل اور پھیلاؤ کو روکتا ہے، اور اس کے الیکٹرو کیمیکل تبدیلی کو فروغ دیتا ہے۔ اس طرح شٹل اثر کو کم کرتا ہے اور بیٹری کی توانائی کی کارکردگی اور سائیکل کے استحکام کو بہتر بناتا ہے [13,14]۔ اس خیال کی بنیاد پر، محققین نے مختلف قسم کے فنکشنل مواد کو ٹارگٹڈ انداز میں تیار کیا ہے، جن میں کاربن مواد، کنڈکٹو پولیمر، دھاتی آرگینک فریم ورک، میٹل آکسائیڈز/سلفائیڈز/نائٹرائڈز وغیرہ شامل ہیں۔ اچھے نتائج حاصل ہوئے ہیں [15,16,17, 18،19]۔

2 لیتھیم سلفر بیٹریوں میں بوران پر مبنی مواد کا استعمال

بوران سب سے چھوٹا دھاتی عنصر ہے۔ اس کا چھوٹا جوہری رداس اور بڑی برقی منفییت دھاتی ہم آہنگی مرکبات کی تشکیل کو آسان بناتی ہے۔ بوران ایٹموں میں ایک عام الیکٹران کی کمی کا ڈھانچہ ہوتا ہے، اور ان کی والینس الیکٹران کی ترتیب 2s22p1 ہے۔ وہ ایک یا زیادہ الیکٹران کو دوسرے ایٹموں کے ساتھ مختلف ہائبرڈائزیشن فارمز کے ذریعے بانٹ سکتے ہیں تاکہ ملٹی سینٹر بانڈز [20,21] بن سکیں۔ یہ خصوصیات بورائیڈ کے ڈھانچے کو انتہائی قابل بناتی ہیں، جو منفرد اور بھرپور کیمیائی اور جسمانی خصوصیات کو ظاہر کرتی ہیں، اور بہت سے شعبوں جیسے کہ ہلکی صنعت، تعمیراتی مواد، قومی دفاع، توانائی وغیرہ میں وسیع پیمانے پر استعمال کی جا سکتی ہیں [22,23]۔ اس کے مقابلے میں، لیتھیم سلفر بیٹریوں میں بوران پر مبنی مواد پر تحقیق ابھی ابتدائی مراحل میں ہے۔ حالیہ برسوں میں، نینو ٹیکنالوجی اور خصوصیت کے طریقے مسلسل آگے بڑھ رہے ہیں، اور بوران پر مبنی مواد کی ساختی خصوصیات کو مسلسل دریافت اور تیار کیا گیا ہے، جس سے لیتھیم سلفر کے نظاموں میں ان کی ہدف شدہ تحقیق اور اطلاق بھی ابھرنا شروع ہو گیا ہے۔ اس کے پیش نظر، یہ مضمون عام بوران پر مبنی مواد جیسے بوروفین، بوران ایٹم ڈوپڈ کاربن، دھاتی بورائڈز، اور غیر دھاتی بورائڈز پر توجہ مرکوز کرتا ہے۔ یہ مضمون لیتھیم سلفر بیٹریوں میں تازہ ترین تحقیقی پیشرفت کا جائزہ لیتا ہے، موجودہ مسائل کا خلاصہ کرتا ہے اور مستقبل کی ترقی کی سمتوں کا منتظر ہے۔

2.1 بورین

بورون عناصر کے درمیان ایک بہت ہی نمائندہ الاٹروپ کے طور پر، بوروفین کا ایک واحد ایٹم موٹا دو جہتی ڈھانچہ گرافین کی طرح ہے۔ بلک بوران عنصر کے مقابلے میں، یہ اعلیٰ برقی، مکینیکل اور تھرمل خصوصیات کو ظاہر کرتا ہے اور دو جہتی مواد میں ایک ابھرتا ہوا ستارہ ہے [24]۔ بوران ایٹموں کی ترتیب میں ٹاپولوجیکل فرق کی بنیاد پر، بوروفین میں بھرپور کرسٹل ڈھانچے اور الیکٹرانک خصوصیات کے ساتھ ساتھ انیسوٹروپک کنڈکٹیو خصوصیات ہیں۔ جیسا کہ شکل 2(a, b) سے دیکھا جا سکتا ہے، بوروفین میں الیکٹران بوران ایٹموں کے اوپری حصے پر مرکوز ہوتے ہیں، اور ان الیکٹران پولرائزیشن والے خطوں میں بانڈنگ سرگرمی زیادہ ہوتی ہے۔ اس سے لیتھیم سلفر بیٹری سسٹمز میں پولی سلفائیڈز کے لیے اچھی کیمیائی جذب کرنے کی جگہیں فراہم کرنے کی امید ہے [25]۔ ایک ہی وقت میں، بوروفین فلم میں اچھی برقی چالکتا اور جسمانی اور کیمیائی استحکام ہے، لہذا اس میں لتیم سلفر بیٹریوں میں استعمال کی اچھی صلاحیت ہے۔

تصویر 2 (a) مختلف بوروفینز کے ساختی ماڈل اور ان کے متعلقہ چارج کثافت کی تقسیم، (b) مختلف بوروفینز پر پولی سلفائیڈز کی جذب کرنے والی توانائیاں[25]

جیانگ وغیرہ۔ [26] نظریاتی حساب سے پتہ چلا کہ بوروفین لیتھیم پولی سلفائیڈ کے لیے مضبوط جذب کرنے کی صلاحیت کو ظاہر کرتا ہے۔ تاہم، یہ مضبوط تعامل آسانی سے Li-S کلسٹرز کے گلنے کو بھی متحرک کر سکتا ہے، جس کے نتیجے میں گندھک، فعال مواد کا نقصان ہوتا ہے۔ اس کے مقابلے میں، اندرونی خرابی کے ڈھانچے کے ساتھ بوروفین کی سطح لیتھیم پولی سلفائیڈ کو زیادہ نرمی سے جذب کرتی ہے [27]، جو اسے انگوٹھی کے ڈھانچے کے گلنے اور تباہ ہونے سے بچتے ہوئے شٹل رویے کو محدود کرنے کی اجازت دیتی ہے۔ اس سے زیادہ موزوں لتیم پولی سلفائیڈ جذب کرنے والا مواد بننے کی امید ہے۔ ایک ہی وقت میں، بوروفین-لیتھیم پولی سلفائیڈ ادسورپشن ڈھانچے کے انرجی بینڈ کے تجزیہ کے نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ جذب کرنے والے کلسٹرز دھاتی ہیں، جو بنیادی طور پر بوران کی اندرونی دھاتی خصوصیات اور اس کی مضبوط الیکٹروکوسٹک کپلنگ طاقت کی وجہ سے ہے۔ اس سے سلفر کے الیکٹرو کیمیکل تبادلوں کے عمل کو بہتر رد عمل کینیٹکس حاصل کرنے میں مدد کرنے کی امید ہے [28]۔ اس کے علاوہ، Grixti et al. [29] نے 12- بورین کی سطح پر لیتھیم پولی سلفائیڈ مالیکیولز کے پھیلاؤ کے عمل کو نقل کیا۔ یہ پایا گیا کہ 12- بورین نے لیتھیم پولی سلفائڈز کی ایک سیریز میں مضبوط جذب دکھایا۔ کرسی کی سمت میں Li2S6 اور Li2S4 مالیکیولز کی سب سے کم بازی توانائی کی رکاوٹیں بالترتیب 0.99 اور 0.61 eV ہیں، جو زگ زیگ سمت میں پھیلاؤ سے آسان ہے۔ اس کی اچھی جذب کرنے کی صلاحیت اور اعتدال پسند پھیلاؤ والی توانائی کی رکاوٹ کی بدولت، 12- بورین کو ایک بہترین لتیم پولی سلفائیڈ جذب کرنے والا مواد سمجھا جاتا ہے، جس سے لیتھیم سلفر بیٹریوں میں شٹل اثر کو دبانے اور سلفر الیکٹرو کیمیکل ری ایکشنز کی ریورسبلٹی کو بہتر بنانے کی امید ہے۔

تاہم، لتیم سلفر بیٹریوں میں بوران کی کمزوری سے متعلق زیادہ تر موجودہ تحقیق ابھی بھی نظریاتی پیشین گوئی کے مرحلے پر ہے، اور تجرباتی تصدیقات شاذ و نادر ہی رپورٹ کیے جاتے ہیں۔ یہ بنیادی طور پر بوران کو پتلا کرنے میں دشواری کی وجہ سے ہے۔ بوران کے وجود کی پیشین گوئی 1990 کی دہائی میں کی گئی تھی، لیکن یہ حقیقت میں 2015 تک تیار نہیں ہوا تھا [30]۔ اس کی ایک وجہ یہ ہو سکتی ہے کہ بوران میں صرف تین والینس الیکٹران ہوتے ہیں اور اسے غائب الیکٹرانوں کی تلافی کے لیے ایک فریم ورک ڈھانچہ بنانے کی ضرورت ہوتی ہے، جس سے 2D ڈھانچے کی بجائے 3D بنانا آسان ہو جاتا ہے۔ اس وقت بوران کی تیاری عموماً مالیکیولر بیم ایپیٹیکسی اور ہائی ویکیوم، اعلی درجہ حرارت اور دیگر حالات جیسی ٹیکنالوجیز پر انحصار کرتی ہے اور ترکیب کی حد زیادہ ہے [31]۔ لہٰذا، بوران کو پتلا کرنے کا ایک آسان اور موثر طریقہ تیار کرنا ضروری ہے، اور مزید تجرباتی طور پر لیتھیم سلفر بیٹریوں میں اس کے اثر اور متعلقہ میکانزم کو دریافت کرنا اور ظاہر کرنا ہے۔

2.2 بوران ایٹم ڈوپڈ کاربن

کیمیائی طور پر ڈوپڈ کاربن مواد نئی توانائی کی تحقیق کے میدان میں گرم مواد ہیں۔ مناسب عنصر ڈوپنگ کاربن مواد کے فوائد کو برقرار رکھ سکتا ہے جیسے ہلکا پھلکا اور اعلی چالکتا، جبکہ انہیں اضافی جسمانی اور کیمیائی خصوصیات فراہم کرتا ہے تاکہ وہ مختلف ایپلی کیشن کے منظرناموں [32,33] کے مطابق بن سکیں۔ لیتھیم سلفر بیٹریوں [34,35] میں کیمیائی طور پر ڈوپڈ کاربن مواد کا بڑے پیمانے پر مطالعہ کیا گیا ہے، جن میں نائٹروجن ایٹم جیسے انتہائی برقی منفی ایٹموں کے ساتھ ڈوپنگ زیادہ عام ہے۔ اس کے برعکس، بوران میں الیکٹران کی کمی کا ڈھانچہ ہے اور یہ کاربن سے کم برقی منفی ہے۔ یہ کاربن جالی میں شامل ہونے کے بعد الیکٹرو پازیٹو بن جاتا ہے۔ اس سے منفی چارج شدہ پولی سلفائیڈ ایونز پر ایک اچھا جذب اثر پیدا ہونے کی توقع ہے، اس طرح شٹل اثر کو کم کیا جائے گا [36,37]۔

یانگ وغیرہ۔ [38] بوران ڈوپڈ غیر محفوظ کاربن کو سلفر کیتھوڈ کے میزبان مواد کے طور پر استعمال کیا اور پتہ چلا کہ بوران ڈوپنگ نے نہ صرف کاربن مواد کی برقی چالکتا کو بہتر بنایا بلکہ کاربن میٹرکس کے مثبت پولرائزیشن کو بھی متاثر کیا۔ منفی چارج شدہ پولی سلفائیڈ آئنوں کو الیکٹرو اسٹاٹک جذب اور لیوس تعامل کے ذریعے مؤثر طریقے سے جذب اور لنگر انداز کیا جاتا ہے، اس طرح ان کے تحلیل اور پھیلاؤ کو روکتا ہے (شکل 3(a، b))۔ لہذا، بوران ڈوپڈ غیر محفوظ کاربن پر مبنی سلفر کیتھوڈ خالص کاربن اور نائٹروجن ڈوپڈ نمونوں سے زیادہ ابتدائی صلاحیت اور زیادہ مستحکم سائیکلنگ کی کارکردگی کو ظاہر کرتا ہے۔ Xu et al. [39] بوران ایٹم ڈوپڈ کاربن نانوٹوب/سلفر کمپوزٹ کیتھوڈ میٹریل (BUCNTs/S) ایک ہائیڈرو تھرمل ایک برتن کے طریقے سے حاصل کیا۔ مائع فیز ان سیٹو ترکیب سلفر کو مرکب میں زیادہ یکساں طور پر تقسیم کرتا ہے، جبکہ بوران ڈوپنگ کاربن پر مبنی میزبان مواد کو اعلی برقی چالکتا اور مضبوط سلفر فکسنگ کی صلاحیت فراہم کرتا ہے۔ نتیجے میں BUCNTs/S الیکٹروڈ نے 0.2C پر 1251 mAh∙g-1 کی ابتدائی صلاحیت حاصل کی، اور 400 چکروں کے بعد بھی 750 mAh∙g-1 کی صلاحیت کو برقرار رکھ سکتا ہے۔ سلفر کیتھوڈ میزبانوں کے علاوہ، بوران ڈوپڈ کاربن مواد بھی بیٹری فنکشنل سیپریٹرز کے ڈیزائن میں اہم کردار ادا کرتا ہے۔ ہان وغیرہ۔ [40] روایتی الگ کرنے والے پر ہلکے وزن والے بوران ڈوپڈ گرافین کو ایک فعال ترمیمی تہہ کی تعمیر کے لیے، اس کے جذب اور پولی سلفائیڈز کے دوبارہ استعمال کا استعمال کرتے ہوئے شٹل اثر کو مؤثر طریقے سے کم کرنے اور فعال مواد کے استعمال کی شرح کو بہتر بنانے کے لیے۔

تصویر 3 (a) بی ڈوپڈ کاربن بیک بون کی اسکیم، (b) مختلف عنصر ڈوپڈ غیر محفوظ کاربن پر مبنی سلفر کمپوزٹ کا S2p XPS سپیکٹرا؛ اور (c) NBCGN/S کمپوزٹ کے چارج ڈسچارج کے عمل کی اسکیم، (d) 0.2C پر سائیکلنگ اور (e) مختلف عنصر ڈوپڈ مڑے ہوئے گرافین نینوریبنز پر مبنی سلفر الیکٹروڈ کی کارکردگی کی شرح[44]

مختلف ڈوپنگ عناصر کی بنیادی خصوصیات اور کاربن جالی کے ڈھانچے میں ان کی کارروائی کے مختلف طریقوں کے پیش نظر، ملٹی ایلیمنٹ کو ڈوپنگ کاربن مواد کی سطح کی کیمسٹری کو منظم کرنے اور سلفر الیکٹرو کیمیکل رد عمل کو بہتر بنانے کے لیے ایک اہم حکمت عملی ہے [41، 42، 43]۔ اس سلسلے میں، کوانگ کے تحقیقی گروپ [44] نے پہلی بار ہائیڈرو تھرمل طریقہ کے ذریعے سلفر کیتھوڈ کے میزبان مواد کے ذریعے نائٹروجن اور بوران کو-ڈوپڈ گرافین نینوریبنز (NBCGNs) کی ترکیب کی، جیسا کہ شکل 3(c) میں دکھایا گیا ہے۔ تحقیق سے پتا چلا ہے کہ نائٹروجن اور بوران کو-ڈوپنگ کا ہم آہنگی اثر نہ صرف NBCGNs کو بڑے مخصوص سطحی رقبہ، چھید کا حجم اور زیادہ چالکتا حاصل کرنے کے لیے اکساتا ہے، بلکہ کیتھوڈ میں سلفر کو یکساں طور پر تقسیم کرنے میں بھی مدد کرتا ہے۔ زیادہ اہم بات یہ ہے کہ بوران اور نائٹروجن کو ڈوپڈ نظام میں الیکٹران کی کمی اور الیکٹران سے بھرپور مراکز کے طور پر کام کرتے ہیں۔ اسے لیوس تعاملات کے ذریعے بالترتیب Sx2- اور Li+ کے ساتھ جوڑا جا سکتا ہے، اس طرح لیتھیم پولی سلفائیڈ کو زیادہ مؤثر طریقے سے جذب کرتا ہے اور بیٹری کے سائیکل اور شرح کی کارکردگی کو نمایاں طور پر بہتر بناتا ہے (شکل 3(d، e))۔ اعلی اور کم برقی منفی عناصر کی اسی طرح کی ڈوپنگ حکمت عملی پر مبنی۔ جن وغیرہ۔ [45] بوران اور آکسیجن کو ڈوپڈ ملٹی والڈ کاربن نانوٹوب ہوسٹ میٹریل بورک ایسڈ کو بطور ڈوپینٹ استعمال کرتے ہوئے تیار کیا۔ نتیجے میں آنے والی بیٹری 100 سائیکلوں کے بعد بھی 937 mAh∙g-1 کی مخصوص صلاحیت کو برقرار رکھتی ہے، جو عام کاربن ٹیوبوں (428 mAh∙g-1) پر مبنی بیٹری کی کارکردگی سے نمایاں طور پر بہتر ہے۔ اس کے علاوہ، محققین نے دیگر شریک ڈوپنگ فارم بھی آزمائے ہیں۔ بشمول بوروسیلیکیٹ کو-ڈوپڈ گرافین [46]، کوبالٹ میٹل اور بوران نائٹروجن کو ڈوپڈ گرافین [47]، وغیرہ نے بیٹری کی کارکردگی کو مؤثر طریقے سے بہتر کیا ہے۔ شریک ڈوپڈ اجزاء کا ہم آہنگی اثر سلفر الیکٹرو کیمیکل رد عمل کو بہتر بنانے میں ایک اہم کردار ادا کرتا ہے۔

بوران عنصر ڈوپنگ مؤثر طریقے سے کاربن مواد کی اندرونی چالکتا اور سطح کی کیمیائی قطبیت کو بہتر بنا سکتا ہے، کیمیائی جذب کو مضبوط بنا سکتا ہے اور لیتھیم پولی سلفائیڈ کے شٹلنگ رویے کو روک سکتا ہے، اس طرح سلفر الیکٹرو کیمیکل ری ایکشن کینیٹکس اور استحکام کو بہتر بنا سکتا ہے، اور بیٹری کی کارکردگی کو بہتر بنا سکتا ہے۔ اس کے باوجود لیتھیم سلفر بیٹریوں میں بوران ڈوپڈ کاربن مواد کی تحقیق میں اب بھی بہت سے مسائل موجود ہیں جن کی مزید تلاش اور تجزیہ کرنے کی ضرورت ہے۔ مثال کے طور پر، بوران ڈوپنگ کی مقدار اور کاربن مواد کے لتیم پولی سلفائیڈ کی چالکتا، سطح کے چارج کی تقسیم اور جذب کے رویے پر ڈوپنگ کی ترتیب کا اثر۔ ایک ہی وقت میں، اعلی بوران ڈوپنگ کی سطح کے ساتھ کاربن مواد کو کیسے حاصل کیا جائے اور ڈوپنگ کنفیگریشن کو درست طریقے سے کیسے کنٹرول کیا جائے، یہ سب تیاری کے جدید طریقوں اور ٹیکنالوجیز کی ترقی پر منحصر ہے۔ اس کے علاوہ، ملٹی ایلیمنٹ کو-ڈوپڈ سسٹمز کے لیے، مزید مناسب ڈوپنگ عنصر کے امتزاج کو مزید تلاش کرنے کی ضرورت ہے۔ کو-ڈوپڈ ڈھانچے کے ہم آہنگی اثر میکانزم اور سلفر الیکٹرو کیمسٹری میں میزبان مہمان کے تعاملات کے موڈ اور شدت پر اس کے اثرات کو واضح کرنے کے لیے ایک منظم ساخت اور سرگرمی کا رشتہ قائم کریں۔

2.3 میٹل بورڈز

دھاتی مرکبات اپنی اندرونی کیمیائی قطبی خصوصیات اور اچھے مورفولوجیکل اور ساختی پلاسٹکٹی کی وجہ سے لتیم سلفر بیٹریوں میں فنکشنل مواد کے لیے ہمیشہ تحقیق کا مرکز رہے ہیں۔ یہ عام دھاتی آکسائیڈز، سلفائیڈز، نائٹرائڈز اور دیگر آئنک مرکبات سے مختلف ہے۔ میٹل بورائڈز عام طور پر کوونلنٹ بانڈز پر مبنی بوران اور دھاتی عناصر پر مشتمل ہوتے ہیں، اور ان کی بھری ہوئی ساخت دھاتی پن کا حصہ وراثت میں ملتی ہے۔ یہ دیگر دھاتی مرکبات (شکل 4) [48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56] کے مقابلے میں بہت زیادہ چالکتا کی نمائش کرتا ہے, اور الیکٹرو کیمیکل رد عمل کے لیے الیکٹرانوں کی تیز رفتار فراہمی فراہم کر سکتا ہے [57]۔ ایک ہی وقت میں، دھات اور بوران کے درمیان ایک مقامی محدود آئنک بانڈ پولر ڈھانچہ ہے، جو پولی سلفائڈز [58,59] کے لیے اچھی جذب کی جگہیں فراہم کر سکتا ہے۔ اس کے علاوہ، انتہائی الیکٹرونگیٹیو بوران کا استحکام ٹرانزیشن دھاتوں کے ساتھ ملاوٹ کے بعد کمزور ہو جاتا ہے، اور ریڈوکس رد عمل میں حصہ لینا آسان ہوتا ہے۔ یہ دھاتی بورائڈز کے لیے ثالث کے طور پر سطح کے رد عمل کے ذریعے لیتھیم سلفر الیکٹرو کیمیکل رد عمل میں حصہ لینا ممکن بناتا ہے [60]۔

تصویر 4 دھاتی مرکبات کی کئی اقسام کے ساتھ چالکتا کا موازنہ[48,49,50,51,52,53,54,55,56]

گوان وغیرہ۔ [61] نے مائع مرحلے میں کمی کا طریقہ استعمال کرتے ہوئے گرافین پر بے ترتیب Co2B نینو پارٹیکلز لوڈ کرکے سلفر کیتھوڈس کے لیے ایک میزبان مواد تیار کیا۔ مطالعات سے پتہ چلا ہے کہ بوران اور کوبالٹ دونوں جذب کرنے والی جگہوں کے طور پر کیمیائی طور پر لتیم پولی سلفائیڈ کو لنگر انداز کر سکتے ہیں، اس طرح اس کی تحلیل اور منتقلی کو روکتے ہیں۔ گرافین کی بہترین لمبی رینج چالکتا کے ساتھ مل کر، بیٹری میں 450 سائیکلوں کے بعد 1C کی شرح پر اب بھی 758 mAh·g-1 کے خارج ہونے کی مخصوص صلاحیت ہے، اور فی سائیکل کی صلاحیت کے زوال کی شرح ہے { {26}}.029%، بہترین سائیکل کارکردگی دکھا رہا ہے۔ اسی طرح کے ہم آہنگی جذب اثر کی بنیاد پر، Co2B@CNT جامع مواد، جو لیتھیم سلفر بیٹریوں کے لیے ایک فعال جداکار کے طور پر استعمال ہوتا ہے، Li2S6 کی جذب کرنے کی صلاحیت 11.67 mg∙m-2 [62] تک ہے، جو پولی سلفائڈز کے پھیلاؤ اور رسائی کو مؤثر طریقے سے روکتا ہے اور شٹل اثر کو روکنے کا مقصد حاصل کرتا ہے۔ اس بنیاد پر، گوان وغیرہ۔ [63] مزید دو جہتی دھاتی کاربائیڈ (MXene) کو ایک کیریئر کے طور پر Co2B@MXene heterojunction مرکب مواد (شکل 5(a~d)) تیار کرنے کے لیے استعمال کیا گیا۔ نظریاتی حسابات کے ذریعے، یہ پایا گیا کہ ہیٹروجنکشن انٹرفیس پر الیکٹرانک تعامل Co2B سے MXene میں الیکٹران کی منتقلی کا باعث بنتا ہے۔ یہ اثر پولی سلفائڈز کے لیے Co2B کی جذب اور اتپریرک صلاحیت کو بہتر بناتا ہے (شکل 5(a، b))۔ لہذا، 2000 سائیکلوں کے دوران Co2B@MXene فعال طور پر تبدیل شدہ جداکار پر مبنی بیٹری کی صلاحیت کے ختم ہونے کی شرح صرف 0.0088% فی سائیکل ہے۔ اور 5.1 mg∙cm-2 کی سلفر لوڈنگ پر، مخصوص صلاحیت اب بھی 5.2 mAh∙cm-2 (شکل 5(c, d)) تک زیادہ ہے۔ واضح رہے کہ کرسٹل لائن فیز ڈھانچے کے مقابلے میں، اس قسم کے بے ساختہ فیز میٹل بورائیڈ مواد کی تیاری میں ہلکا اور آسان ہوتا ہے۔ تاہم، اس کے جوہری اور سالماتی ڈھانچے کی کنٹرولیبلٹی اور استحکام نسبتاً ناقص ہے، جو اس کے اجزاء اور مائیکرو اسٹرکچر کو واضح کرنے اور سلفر الیکٹرو کیمیکل رد عمل کے عمل پر اس کے اثر و رسوخ کے طریقہ کار کو تلاش کرنے میں ایک بڑی رکاوٹ ہے۔

تصویر 5 (a) Co2B اور Co2B@MXene سطحوں پر Li2S4 جذب کنفیگریشنز، (b) Co2B اور MXene کے درمیان انٹرفیس پر الیکٹران کی دوبارہ تقسیم کی اسکیم، (c) Co2B@MXene اور دیگر جداکاروں پر مبنی خلیوں کی سائیکلنگ پرفارمنس، ( d) Co2B@MXene سیل کی طویل مدتی سائیکلنگ کارکردگی[63]; (e) TiB2 پر پولی سلفائڈز کے سطحی کیمیائی پھنسنے کی منصوبہ بندی کی مثال، (f) جذب کنفیگریشنز اور (g) TiB2 کی (001) اور (111) سطحوں پر سلفر پرجاتیوں کی توانائیاں، (h) ہائی لوڈنگ کی کارکردگی اور (i) ) TiB2-کی بنیاد پر سلفر الیکٹروڈ کی طویل مدتی سائیکلنگ[63,65]

TiB2 بہترین برقی چالکتا (~106 S∙cm-1) کے ساتھ ایک کلاسک دھاتی بورائڈ ہے اور یہ وسیع پیمانے پر کنڈکٹیو سیرامکس، درست مشینی، اور الیکٹرو کیمیکل آلات جیسے شعبوں میں استعمال ہوتا ہے۔ TiB2 کی ایک عام مسدس ساخت ہے اور اس میں اعلی سختی اور ساختی لچک ہے، جو سلفر کے رد عمل کے حجم کی تبدیلی کو اپنانے میں مدد کرتی ہے۔ ایک ہی وقت میں، اس کی سطح پر غیر سیر شدہ ڈھانچے کی بڑی تعداد سے لیتھیم پولی سلفائیڈ [64] کے ساتھ ایک مضبوط انٹرفیشل کیمیائی تعامل کی توقع کی جاتی ہے، اس طرح اچھے جذب اور قید کے اثرات حاصل ہوتے ہیں۔ لی وغیرہ۔ [65] سب سے پہلے رپورٹ کیا گیا کہ TiB2 سلفر کیتھوڈس کے لیے میزبان مواد کے طور پر استعمال ہوتا تھا۔ جیسا کہ شکل 5(e~g) میں دکھایا گیا ہے، S کے ساتھ تھرمل کمپاؤنڈنگ کے عمل کے دوران، TiB2 کی سطح جزوی طور پر سلفرائز ہوتی ہے۔ رد عمل کے دوران پیدا ہونے والا لتیم پولی سلفائیڈ مؤثر طریقے سے وین ڈیر والز فورسز اور لیوس ایسڈ بیس تعاملات کے ذریعے جذب ہوتا ہے اور اس طریقہ کار کا اثر (001) سطح پر زیادہ نمایاں ہوتا ہے۔ حاصل کردہ سلفر کیتھوڈ نے 1C شرح پر 500 سائیکلوں کا ایک مستحکم سائیکل حاصل کیا، اور اسی وقت، مخصوص صلاحیت 3.9 mg∙cm کے سلفر لوڈنگ پر 100 سائیکلوں کے بعد بھی 3.3 mAh∙cm-2 برقرار رہی }}۔ اچھی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی دکھائی (شکل 5(h، i))۔ XPS تجزیہ اور نظریاتی حسابات کے نتائج کی بنیاد پر، TiB2 کے بہترین لیتھیم پولی سلفائیڈ جذب اثر کو اس کی سطح کے "پاسیویشن" میکانزم سے منسوب کیا جانا چاہیے۔ مزید برآں، لو کے تحقیقی گروپ [66] نے لیتھیم پولی سلفائیڈ پر TiB2، TiC اور TiO2 کے جذب اثرات کا موازنہ کیا اور متعلقہ کیمیائی جذب اور سالویشن ڈیسورپشن کے درمیان مسابقت کے طریقہ کار کی کھوج کی۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ بوران کم الیکٹرونگیٹیویٹی کے ساتھ TiB2 کو مضبوط جذب کرنے کی صلاحیت بناتا ہے، اور کمزور حل کرنے کی صلاحیت کے ساتھ ایتھر الیکٹرولائٹ کے ساتھ مل کر، یہ سلفر کے استعمال کو مؤثر طریقے سے بہتر بنا سکتا ہے اور الیکٹرو کیمیکل رد عمل کے الٹ جانے کو بڑھا سکتا ہے۔ اس کے پیش نظر، TiB2 کو ملٹی فنکشنل سیپریٹرز کی تعمیر کے لیے بھی استعمال کیا گیا ہے [67]، جو بیٹری سائیکل کے استحکام کو نمایاں طور پر بہتر بناتے ہوئے فعال مواد کو جذب، اینکرز اور دوبارہ استعمال کرتے ہیں۔ صلاحیت 0.5C پر 300 چکروں کے بعد ابتدائی قدر کا 85% برقرار رکھ سکتی ہے۔

TiB2 کی طرح، MoB میں اچھی چالکتا ہے، اور اس کا اندرونی دو جہتی ڈھانچہ جذب کرنے والی جگہوں کو مکمل طور پر بے نقاب کرنے کے لیے سازگار ہے، اور امید کی جاتی ہے کہ وہ سلفر کیتھوڈ کا ایک اچھا اتپریرک بن جائے گا [68]۔ آسٹن [69] میں یونیورسٹی آف ٹیکساس میں مانتھیرم ریسرچ گروپ نے Sn کو کم کرنے والے ایجنٹ کے طور پر استعمال کیا اور ٹھوس مرحلے کے طریقہ کار کے ذریعے MoB نینو پارٹیکلز کی ترکیب کی، جس نے لیتھیم پولی سلفائیڈ کے لیے اچھی جذب اور اتپریرک صلاحیتوں کو ظاہر کیا۔ MoB میں اعلی الیکٹرونک چالکتا (1.7×105 S∙m-1) ​​ہے، جو سلفر کے رد عمل کے لیے الیکٹران کی تیز رفتار فراہمی فراہم کر سکتی ہے۔ ایک ہی وقت میں، MoB کی ہائیڈرو فیلک سطح کی خصوصیات الیکٹرولائٹ گیلا کرنے کے لیے سازگار ہیں اور لتیم آئنوں کی تیز رفتار نقل و حمل میں مدد کرتی ہیں۔ یہ دبلی پتلی الیکٹرولائٹ حالات میں فعال مواد کے استعمال کو یقینی بناتا ہے۔ اس کے علاوہ، nanosized MoB الیکٹران کی کمی والے بوران ایٹموں کی طرف سے حوصلہ افزائی کرنے والی کیٹلیٹک ایکٹیو سائٹس کو مکمل طور پر بے نقاب کر سکتا ہے، جس سے مواد کو بہترین اندرونی اور ظاہری اتپریرک سرگرمی ہو سکتی ہے۔ ان فوائد کی بنیاد پر، یہاں تک کہ اگر ایم او بی کو تھوڑی مقدار میں شامل کیا جائے، تو یہ الیکٹرو کیمیکل کارکردگی کو نمایاں طور پر بہتر بنا سکتا ہے اور کافی عملییت دکھا سکتا ہے۔ نتیجے میں آنے والی بیٹری میں 1C کی شرح پر 1،000 سائیکل کے بعد صرف 0.03% فی سائیکل کی صلاحیت کی کمی ہوتی ہے۔ اور 3.5 mg∙cm-2 کی سلفر لوڈنگ اور 4.5 mL∙g-1 کے الیکٹرولائٹ/سلفر تناسب (E/S) پر، بہترین نرم پیکج بیٹری سائیکل کی کارکردگی حاصل کی گئی۔ اس کے علاوہ، نظر ریسرچ گروپ [70] نے ہلکے وزن والے MgB2 کو لتیم پولی سلفائیڈ کے لیے الیکٹرو کیمیکل کنورژن میڈیم کے طور پر استعمال کیا۔ یہ پایا گیا کہ B اور Mg دونوں پولی سلفائیڈ اینونز کے لیے جذب کرنے کی جگہوں کے طور پر کام کر سکتے ہیں، الیکٹران کی منتقلی کو مضبوط بنا سکتے ہیں، اور زیادہ سلفر لوڈنگ (9.3 mg∙cm-2) پر بہتر سائیکلنگ استحکام حاصل کر سکتے ہیں۔

یہ کام سلفر الیکٹرو کیمیکل رد عمل کو بہتر بنانے میں دھاتی بورائڈز کی تاثیر اور برتری کو پوری طرح واضح کرتے ہیں۔ تاہم، دھاتی آکسائیڈز اور سلفائیڈ جیسے نظاموں کے مقابلے میں، لتیم سلفر بیٹریوں میں دھاتی بورڈز کے بارے میں ابھی بھی نسبتاً کم تحقیقی رپورٹس موجود ہیں، اور مواد اور متعلقہ میکانزم پر تحقیق کو بھی وسعت اور گہرا کرنے کی ضرورت ہے۔ اس کے علاوہ، کرسٹل لائن میٹل بورڈز میں عام طور پر اعلی ساختی طاقت ہوتی ہے، اور تیاری کے عمل میں اعلی توانائی کی رکاوٹوں کو عبور کرنے اور اعلی درجہ حرارت، ہائی پریشر اور دیگر سخت حالات شامل کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، جو ان کی تحقیق اور اطلاق کو محدود کرتی ہے۔ لہذا، سادہ، ہلکے، اور موثر دھاتی بورائڈ کی ترکیب کے طریقوں کی ترقی بھی دھاتی بورائڈ کی تحقیق میں ایک اہم سمت ہے۔

2.4 نان میٹل بورڈز

دھاتی بورائڈز کے مقابلے میں، غیر دھاتی بورائڈز عام طور پر کم گھنے اور ہلکے ہوتے ہیں، جو کہ اعلی توانائی کی کثافت والی بیٹریوں کی نشوونما کے لیے فائدہ مند ہے۔ تاہم، ان کی کم چالکتا سلفر الیکٹرو کیمیکل رد عمل کی کارکردگی اور حرکیات کے خلاف مزاحمت پیدا کرتی ہے۔ فی الحال، محققین نے بوران نائٹرائڈ، بوران کاربائیڈ، بوران فاسفائیڈ، اور بوران سلفائیڈ [71، 72، 73] سمیت غیر دھاتی بورڈز پر مبنی لیتھیم سلفر بیٹریوں کے لیے سلفر فکسنگ مواد کی تعمیر میں کچھ پیش رفت کی ہے۔

بوران نائٹرائڈ (BN) اور بوران کاربائیڈ (BC) دو سب سے زیادہ نمائندہ اور وسیع پیمانے پر مطالعہ کیے جانے والے غیر دھاتی بورڈ ہیں۔ BN نائٹروجن ایٹموں اور بوران ایٹموں پر مشتمل ہے جو باری باری جڑے ہوئے ہیں، اور اس میں بنیادی طور پر چار کرسٹل شکلیں شامل ہیں: ہیکساگونل، ٹریگونل، کیوبک اور لیورائٹ [74]۔ ان میں سے، ہیکساگونل بوران نائٹرائڈ (h-BN) اپنی گریفائٹ جیسی دو جہتی ساخت اور مقامی الیکٹرانک پولرائزیشن کی خصوصیات [75,76] کی وجہ سے وسیع بینڈ گیپ، اعلی تھرمل چالکتا، اور اچھی تھرمل اور کیمیائی استحکام جیسی خصوصیات کو ظاہر کرتا ہے۔ BN ڈھانچے میں واضح قطبی خصوصیات ہیں اور اس میں لتیم پولی سلفائیڈ کے لیے مضبوط کیمیائی جذب کرنے کی صلاحیت ہے۔ ایک ہی وقت میں، سطح کی کیمیائی خصوصیات کو عنصر ڈوپنگ اور ٹاپولوجیکل ڈیفیکٹ کنسٹرکشن کے ذریعے کنٹرول کیا جا سکتا ہے تاکہ پولی سلفائیڈ مالیکیولر ڈھانچے کے استحکام کو یقینی بنایا جا سکے جبکہ اس کی جذب قوت کو بہتر بنایا جا سکے [77]۔ اس خیال کی بنیاد پر، Yi et al. [78] نے سلفر کیتھوڈس (شکل 6(a)) کے لیے ایک میزبان مواد کے طور پر نائٹروجن سے ناقص چند پرتوں والے بوران نائٹرائڈ (v-BN) کی اطلاع دی۔ مطالعات سے پتہ چلا ہے کہ v-BN میں الیکٹرو پازیٹو خالی جگہیں نہ صرف پولی سلفائڈز کو ٹھیک کرنے اور تبدیل کرنے میں مدد کرتی ہیں بلکہ لیتھیم آئنوں کے پھیلاؤ اور منتقلی کو بھی تیز کرتی ہیں۔ اصل BN کے مقابلے میں، v-BN پر مبنی کیتھوڈ کی ابتدائی صلاحیت 0.1C (1262 بمقابلہ 775 mAh∙g-1) پر ہے، اور 5{{24} کے بعد صلاحیت کے زوال کی شرح }1C پر 0 سائیکل صرف 0.084% فی سائیکل ہے۔ اچھی سائیکلنگ استحکام کا مظاہرہ کرتا ہے۔ اس کے علاوہ، He et al. [79] نے پایا کہ O ڈوپنگ BN سطح کی کیمیائی قطبیت کو مزید بہتر بنا سکتی ہے، مواد کو ایک بڑے مخصوص سطح کے علاقے کی تشکیل کے لیے آمادہ کر سکتی ہے، اور ساتھ ہی اندرونی اور ظاہری جذب کی خصوصیات کو بھی بہتر بنا سکتی ہے۔

تصویر 6 (a) TEM امیج اور v-BN کی اسکیمیٹک ایٹمی ساخت78]; (b) g-C3N4/BN/graphene جامع آئن چھلنی کی اسکیم اور (c) متعلقہ Li-S سیل سائیکلنگ کی کارکردگی[80]; (d) BN/Celgard/carbon trilayer separator کی اسکیمیٹک اور آپٹیکل امیج، اور (e) متعلقہ سیل سائیکلنگ کی کارکردگی[83]; (f) اسکیم اور (g) B4C@CNF کی SEM تصویر اور B4C نانوائر کا ماڈل، (h) B4C کے مختلف پہلوؤں پر Li2S4 جذب کرنے والی توانائیاں[87]

اگرچہ BN مواد میں اچھی کیمیائی جذب کی خصوصیات ہیں، لیکن اس کی اپنی ناقص چالکتا ری ایکٹیو چارج ٹرانسفر کے لیے سازگار نہیں ہے۔ لہذا، کوندکٹو مواد کے ساتھ جامع ڈھانچے کا ڈیزائن ان کی جامع جذب اور کیٹلیٹک کارکردگی کو مزید بہتر بنانے کا ایک اہم طریقہ ہے۔ اس کے پیش نظر، Deng et al. [80] نے گریفائٹ نما کاربن نائٹرائڈ (g-C3N4)، BN اور گرافین پر مبنی ایک مرکب آئن چھلنی کو ڈیزائن کیا ہے جو لیتھیم سلفر بیٹریوں کے لیے ایک ملٹی فنکشنل انٹرمیڈیٹ پرت کے طور پر ہے (شکل 6(b))۔ ان میں سے، g-C3N4 ڈھانچے میں 0.3 nm سائز کے آرڈرڈ آئن چینلز مؤثر طریقے سے پولی سلفائڈز کو روک سکتے ہیں اور لیتھیم آئنوں کو وہاں سے گزرنے دیتے ہیں۔ بی این پولی سلفائڈز کی تبدیلی کو فروغ دینے کے لیے ایک رد عمل کیٹالسٹ کے طور پر کام کرتا ہے، اور گرافین ایک بلٹ ان کرنٹ کلیکٹر کے طور پر کام کرتا ہے تاکہ طویل فاصلے تک بہترین چالکتا فراہم کی جا سکے۔ . ان تین دو جہتی اجزاء کے ہم آہنگی کے اثر کی بدولت، نتیجے میں آنے والی بیٹری 6 mg∙cm-2 کی زیادہ سلفر لوڈنگ اور 1C کی شرح پر 500 سائیکلوں سے زیادہ مستحکم طور پر چکر لگا سکتی ہے۔ (شکل 6(c))۔ اس کے علاوہ، محققین نے BN nanosheet/graphene جامع فلم کی ایک پتلی تہہ کو کیتھوڈ کی سطح پر حفاظتی تہہ کے طور پر آسان اور زیادہ براہ راست شکل میں لگانے کی کوشش کی ہے [81,82]۔ یہ مؤثر طریقے سے لیتھیم پولی سلفائیڈ کی تحلیل اور بازی کو روکتا ہے اور سلفر کیتھوڈ کی مخصوص صلاحیت اور سائیکل کے استحکام کو نمایاں طور پر بہتر بناتا ہے۔ 3C پر 1000 سائیکلوں کے دوران، صلاحیت کی کمی کی شرح صرف 0.0037% فی سائیکل ہے۔ دلچسپ بات یہ ہے کہ ہانیانگ یونیورسٹی [83] میں Ungyu Paik ریسرچ گروپ نے BN/Celgard/carbon سینڈوچ ڈھانچے کے ساتھ ملٹی فنکشنل سیپریٹر بنانے کے لیے خیالات کا ایک اور مجموعہ اپنایا۔ جیسا کہ شکل 6(d) میں دکھایا گیا ہے، کاربوناسیئس پرت اور BN پرت بالترتیب عام جداکار کے مثبت اور منفی الیکٹروڈ سائیڈز پر لیپت ہیں۔ ان میں سے، کاربن کی تہہ اور بی این پرت مشترکہ طور پر لیتھیم پولی سلفائیڈ کے شٹل کو روک سکتی ہے اور اس کے پھیلاؤ کو منفی الیکٹروڈ کی سطح تک محدود کر سکتی ہے۔ ایک ہی وقت میں، منفی الیکٹروڈ کی طرف BN پرت بھی لتیم ڈینڈرائٹس کی ترقی کو محدود کرتی ہے۔ اس کوآپریٹو پروٹیکشن میکانزم کی بدولت، بیٹری میں 0.5C پر 250 چکروں کے بعد اعلی صلاحیت برقرار رکھنے کی شرح (76.6%) اور مخصوص صلاحیت (780.7 mAh∙g-1) ہے۔ عام جداکاروں اور خالص کاربن تبدیل شدہ جداکاروں سے نمایاں طور پر بہتر (شکل 6(e))۔

N کے مقابلے میں، C میں الیکٹرونگیٹیویٹی کم ہے، لہذا B اور C کے درمیان الیکٹرونگیٹیویٹی کا فرق چھوٹا ہے، جس کے نتیجے میں NC کے مقابلے میں BC ڈھانچے کی کمزور کیمیائی قطبیت ہے۔ لیکن ایک ہی وقت میں، BC ڈھانچے میں الیکٹران ڈی لوکلائزیشن کو بڑھایا جاتا ہے اور چالکتا بہتر ہوتا ہے [84,85]۔ لہذا، BC عام طور پر BN کو نسبتاً تکمیلی جسمانی اور کیمیائی خصوصیات دکھاتا ہے۔ اس میں کم کثافت، نسبتاً اچھی چالکتا، اور اچھی اتپریرک خصوصیات ہیں، اور توانائی کے میدان [86] میں اس کے استعمال کے امید افزا امکانات ہیں۔ Luo et al. [87] بوران کاربائیڈ نانوائرز (B4C@CNF) کو کاربن ریشوں پر کیتھوڈ میزبان مواد کے طور پر بڑھایا (شکل 6(f~h))۔ ان میں سے، B4C مؤثر طریقے سے BS بانڈنگ کے ذریعے پولی سلفائڈز کو جذب اور محدود کرتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، اس کا کاربن فائبر کنڈکٹو نیٹ ورک جذب شدہ سلفر کو تیزی سے تبدیل کرنے میں مدد کرتا ہے اور رد عمل کینیٹکس کو بہتر بناتا ہے۔ حاصل کردہ سلفر کیتھوڈ میں 500 سائیکلوں کے بعد 80% کی صلاحیت برقرار ہے، اور یہ سلفر کے اعلی مواد (بڑے پیمانے پر حصہ 70%) اور لوڈنگ کی صلاحیت (10.3 mg∙cm{) کے تحت مستحکم سائیکلنگ حاصل کر سکتا ہے۔ {16}})۔ گانا وغیرہ۔ [88] نے B4C کے ارد گرد ایک انتہائی محدود سلفر میزبان ڈھانچہ تعمیر کیا۔ ڈھانچہ ایکٹیویٹڈ غیر محفوظ سوتی فیبرک کاربن کو لچکدار میٹرکس کے طور پر، B4C نانوفائبرز کو فعال کنکال کے طور پر، اور مزید کوٹنگ کے لیے گرافین آکسائیڈ کو کم کرتا ہے۔ مؤثر طریقے سے جسمانی اور کیمیائی قید کو یکجا کرتا ہے، فعال مادوں کے نقصان کو کم کرتا ہے، اور بہترین سائیکل استحکام حاصل کرتا ہے۔ B4C کی اچھی جذب اور اتپریرک خصوصیات کے پیش نظر، Zhao کے تحقیقی گروپ [89] نے B4C نینو پارٹیکلز کو کاربن فائبر کپڑوں میں یکساں طور پر تقسیم کیا تاکہ فعال سائٹس کو مؤثر طریقے سے منتشر اور بے نقاب کرنے کے لیے ان سیٹو کیٹلیٹک اسسٹڈ گروتھ میتھڈ کے ذریعے۔ حاصل کردہ سلفر کیتھوڈ کی ابتدائی صلاحیت 1415 mAh∙g-1 (0.1C) تک ہے جس کی لوڈنگ 3.0 mg∙cm-2 ہے اور 1C پر 3000 سائیکلوں کی انتہائی طویل زندگی ہے، درخواست کے اچھے امکانات۔

مندرجہ بالا سے یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ غیر دھاتی بورائڈ کا لیتھیم پولی سلفائیڈ پر اچھا جذب اور اتپریرک اثر ہوتا ہے، لیکن اس کی چالکتا نسبتاً کم ہے، اور سلفر الیکٹرو کیمیکل رد عمل میں مدد کے لیے ایک کوندکٹو کیریئر کی ضرورت ہے۔ ان میں، ملحقہ N اور C ایٹموں کے الیکٹرانک ڈھانچے میں فرق BN اور BC مواد کو چالکتا اور لتیم پولی سلفائیڈ کے ساتھ تعامل کے لحاظ سے اپنے فوائد اور نقصانات بناتا ہے۔ اس کے پیش نظر، بوران سلفائیڈ، بوران فاسفائیڈ، بوران آکسائیڈ وغیرہ کے ساتھ مل کر، اس قسم کے نان میٹل بورائیڈ کو مقامی کیمیائی قطبی ڈھانچے اور جذب کیٹلیٹک کے درمیان ساخت اور سرگرمی کے تعلق کا مطالعہ کرنے کے لیے ایک اچھے کیریئر اور پلیٹ فارم کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ صلاحیت یہ توقع کی جاتی ہے کہ مزید منظم ارتباط اور تجزیہ متعلقہ خوردبینی رد عمل کے عمل کو سمجھنے، مواد کی عمدہ ساخت کو منظم کرنے، اور بیٹریوں کی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی کو بہتر بنانے میں مدد کرے گا۔ اس کے علاوہ، لتیم سلفر بیٹریوں میں نان میٹل بورڈز کے مزید استعمال اور ترقی کے لیے اب بھی ان کی تیاری کی بہتری اور اصلاح پر انحصار کرنے کی ضرورت ہے۔ سادہ اور ہلکی تیاری کی ٹکنالوجی تیار کریں، جبکہ مادی ڈھانچے کو اعلیٰ اندرونی چالکتا کے ساتھ تیار کریں اور توازن کے لیے زیادہ موثر جامع مواد کو ڈیزائن کریں اور چالکتا، جذب اور اتپریرک اثرات کو مدنظر رکھیں۔

3 نتیجہ

خلاصہ طور پر، لتیم سلفر بیٹریاں ان کے کثیر الیکٹران کی منتقلی کے رد عمل کی وجہ سے اعلی نظریاتی توانائی کی کثافت رکھتی ہیں۔ تاہم، ان کے تبادلوں کے رد عمل کا طریقہ کار اور فعال مواد کی اندرونی کمزور چالکتا فوائد کے حصول میں رکاوٹ ہے۔ بوران پر مبنی مواد میں منفرد جسمانی اور کیمیائی خصوصیات اور الیکٹرو کیمیکل خصوصیات ہیں۔ ان کا ٹارگٹڈ ڈیزائن اور عقلی اطلاق لتیم سلفر بیٹریوں کے شٹل اثر کو کم کرنے اور رد عمل کینیٹکس اور ریورسبلٹی کو بہتر بنانے کے موثر طریقے ہیں۔ انہوں نے حالیہ برسوں میں تیزی سے ترقی کی ہے۔ تاہم، لیتھیم سلفر بیٹریوں میں بوران پر مبنی مواد کی تحقیق اور اطلاق ابھی بھی ابتدائی دور میں ہے، اور بیٹری کے الیکٹرو کیمیکل ری ایکشن کے عمل پر مادی ڈھانچے کے ڈیزائن اور اس کے عمل کے طریقہ کار کو مزید تیار کرنے اور تلاش کرنے کی ضرورت ہے۔ مادی خصوصیات اور مندرجہ بالا تحقیقی پیشرفت کو یکجا کرتے ہوئے، مصنف کا خیال ہے کہ لیتھیم سلفر بیٹریوں میں بوران پر مبنی مواد کی مستقبل کی ترقی کو درج ذیل سمتوں پر زیادہ توجہ دینی چاہیے:

1) مادی ترکیب۔ مصنوعی تیاری ایک عام مسئلہ ہے جس کا سامنا مذکورہ بالا بوران پر مبنی مواد کو درپیش ہے۔ میکانزم کی تحقیق اور ایپلی کیشن کو فروغ دینے کے لیے مادی بنیاد فراہم کرنے کے لیے آسان، ہلکے اور زیادہ موثر مواد کی تیاری کے طریقے تیار کرنے کی فوری ضرورت ہے۔ ان میں سے، مائع مرحلے میں کمی کے طریقہ کار کے ذریعے بے ساختہ دھاتی بورڈز کی تیاری ترقی کی ایک امید افزا سمت ہے۔ ایک ہی وقت میں، اس کے فوائد اور تجربے پر روشنی ڈالتے ہوئے، سولووتھرمل یا پگھلے ہوئے نمک کے طریقوں پر مبنی مصنوعی راستوں کی تلاش اور ترقی بھی بوران پر مبنی مواد کی تیاری کے لیے نئے آئیڈیاز فراہم کر سکتی ہے۔ اس کے علاوہ، بورائیڈ کی تیاری کے عمل کے دوران، لیتھیم سلفر بیٹریوں کے انٹرفیس ری ایکشن کی خصوصیات کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے نانو اسٹرکچر کے کنٹرول اور ڈیزائن اور اس کے استحکام پر خصوصی توجہ دینے کی ضرورت ہے۔

2) میکانزم کی تلاش۔ بوران پر مبنی مواد میں منفرد اور بھرپور سطح کی کیمیائی خصوصیات ہوتی ہیں۔ بوران پر مبنی مواد اور پولی سلفائڈز کے درمیان میزبان مہمان کے تعاملات کا مزید مطالعہ کرنے کے لیے اندر موجود خصوصیات کے طریقوں کا استعمال کیا جانا چاہیے۔ سطح کی ناقابل واپسی سلفیشن، خود الیکٹرو کیمیکل آکسیڈیشن اور کمی وغیرہ پر خصوصی توجہ دی جانی چاہیے، تاکہ اس کے جذب اور اتپریرک صلاحیتوں کے فیصلہ کن ساختی عوامل کو ظاہر کیا جا سکے، اور مواد کے ہدف شدہ ڈیزائن اور ترقی کے لیے نظریاتی رہنمائی اور بنیاد فراہم کی جائے۔ اس کے علاوہ، نمائندہ بے ساختہ دھاتی بورڈز کے لیے، یہ ضروری ہے کہ مائیکرو اسٹرکچر میں فرق اور بے ساختہ اور کرسٹل لائن بورڈز کے درمیان متعلقہ جسمانی اور کیمیائی خصوصیات پر خصوصی توجہ دی جائے، اور متعلقہ ساختی تجزیہ اور پراپرٹی کی خصوصیت کے تجزیہ کی ٹیکنالوجیز کی ترقی کے ساتھ تعاون کریں۔ بے ساختہ مواد، لتیم پولی سلفائیڈ اور اس کے رد عمل کے عمل کے درمیان تعامل کا اندازہ لگانے سے گریز کریں جو صرف کرسٹل کی ساخت پر مبنی ہے۔

3) کارکردگی کا جائزہ۔ مواد اور بیٹری کی تشخیص کے نظام کو بہتر بنانے کے لیے، سلفر کی سطح کی لوڈنگ میں اضافہ کرتے ہوئے، الیکٹروڈ کے معیار اور حجمی توانائی کی کثافت کو بیک وقت بہتر بنانے کے لیے الیکٹروڈ کی موٹائی اور پوروسیٹی جیسے اہم پیرامیٹرز کو ریگولیٹ کرنے پر زیادہ توجہ دی جانی چاہیے۔ اس کے علاوہ، الیکٹرو کیمیکل خصوصیات کم الیکٹرولائٹ خوراک (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.

خلاصہ طور پر، یہ مضمون بوران پر مبنی مواد پر توجہ مرکوز کرتا ہے اور لیتھیم سلفر بیٹری سسٹمز میں بورون، بوران ایٹم ڈوپڈ کاربن، میٹل بورائیڈز اور نان میٹل بورائیڈز کی تازہ ترین تحقیقی پیشرفت کا جائزہ لیتا ہے۔ مجھے امید ہے کہ یہ ساتھیوں کو حوالہ اور ترغیب دے سکتا ہے، نئی توانائی کے میدان میں بوران پر مبنی مواد کی ترقی اور اطلاق کو بڑھا سکتا ہے، اور لیتھیم سلفر بیٹریوں کی عملی ترقی کو فروغ دے سکتا ہے۔

حوالہ جات

[1] ڈن بی، کامتھ ایچ، تراسکون جے ایم۔ گرڈ کے لیے برقی توانائی کا ذخیرہ: انتخاب کی ایک بیٹری۔ سائنس، 2011,334(6058):928-935۔

[2] ARICO AS، BRUCE P، SCROSATI B، et al. اعلی درجے کی توانائی کی تبدیلی اور ذخیرہ کرنے والے آلات کے لیے نانو ساختہ مواد۔ نیچر میٹریلز، 2005,4(5):366-377۔

[3] لیانگ YR، ZHAO CZ، YUAN H، et al. پورٹیبل الیکٹرانک آلات کے لیے ریچارج ایبل بیٹریوں کا جائزہ۔ InfoMat، 2019,1(1):6-32۔

[4] GOODENOUGH JB، PARK K S. Li-ion rechargeable بیٹری: ایک تناظر۔ جرنل آف دی امریکن کیمیکل سوسائٹی، 2013,135(4):1167-1176۔

[5] TARASCON JM، ARMAND M. ریچارج ایبل لیتھیم بیٹریوں کو درپیش مسائل اور چیلنجز۔ فطرت، 2011,414:171-179۔

[6] JIN GY, HE HC, WU J, et al. کوبالٹ ڈوپڈ کھوکھلی کاربن فریم ورک لتیم سلفر بیٹری کے کیتھوڈ کے لیے سلفر میزبان کے طور پر۔ جرنل آف غیر نامیاتی مواد، 2021,36(2):203-209۔

[7] FANG R، ZHAO SY، SUN ZH، وغیرہ۔ زیادہ قابل اعتماد لتیم سلفر بیٹریاں: ٹیٹس، حل اور امکانات۔ ایڈوانسڈ میٹریلز، 2017,29(48):1606823۔

[8] HU JJ, LI GR, GAO X P. لیتھیم سلفر بیٹریوں میں موجودہ صورتحال، مسائل اور چیلنجز۔ جرنل آف غیر نامیاتی مواد، 2013,28(11):1181-1186۔

[9] LI GR, WANG S, ZHANG YN, et al. لتیم سلفر بیٹریوں میں پولی سلفائڈز کے کردار پر نظرثانی کرنا۔ جدید مواد، 2018,30(22):1705590۔

[10] PENG HJ، HUANG JQ، ZHANG Q. لچکدار لتیم سلفر اور یکساں الکلی دھات-چالکوجن ریچارج ایبل بیٹریوں کا جائزہ۔ کیمیکل سوسائٹی کے جائزے، 2017,46(17):5237-5288۔

[11] جنا ایم، ایکس یو آر، چینگ ایکس بی، وغیرہ۔ لیتھیم سلفر بیٹریوں کے لیے دو جہتی نینو میٹریلز کا عقلی ڈیزائن۔ توانائی اور ماحولیاتی سائنس، 2020,13(4):1049-1075۔

[12] HE JR، Manthiram A. لتیم سلفر بیٹریوں میں الیکٹرو کیٹیلسٹس کی حیثیت اور چیلنجز پر ایک جائزہ۔ توانائی ذخیرہ کرنے کا مواد، 2019,20:55-70۔

[13] SEH ZW، SUN YM، ZHANG QF، وغیرہ۔ اعلی توانائی والی لتیم سلفر بیٹریاں ڈیزائن کرنا۔ کیمیکل سوسائٹی کے جائزے، 2016,45(20):5605-5634۔

[14] JI XL, EVERS S, BLACK R, et al. پولی سلفائیڈ ذخائر کا استعمال کرتے ہوئے لتیم سلفر کیتھوڈس کو مستحکم کرنا۔ نیچر کمیونیکیشنز، 2011,2:325۔

[15] ZHANG Z، KONG LL، LIU S، et al. لیتھیم سلفر بیٹری کے لیے کیتھوڈ کے طور پر 3D graphene nanosheet@carbon nanotube matrix پر مبنی ایک اعلی کارکردگی والا سلفر/کاربن مرکب۔ ایڈوانسڈ انرجی میٹریلز، 2017,7(11):1602543۔

[16] XU WC، PAN XX، MENG X، et al. اعلی کارکردگی والی لتیم سلفر بیٹری کے لیے الٹرا فائن وینیڈیم نائٹرائڈ نینو پارٹیکلز پر مشتمل ایک کنڈکٹیو سلفر ہوسٹنگ مواد۔ الیکٹرو کیمکا ایکٹا، 2020,331:135287۔

[17] LIU YT, LIU S, LI GR, et al. لتیم سلفر بیٹری کے لیے بھاری اور اتپریرک دھاتی آکسائیڈ ہوسٹ کے ساتھ ہائی والیومیٹرک توانائی کی کثافت سلفر کیتھوڈ۔ ایڈوانسڈ سائنس، 2020,7(12):1903693۔

[18] CHEN HH، XIAO YW، CHEN C، وغیرہ۔ فلٹریشن کے طریقہ کار کے ذریعے لتیم سلفر بیٹری کے شٹل اثر کو کم کرنے کے لیے کنڈکٹیو MOF ترمیم شدہ جداکار۔ ACS اپلائیڈ میٹریلز اور انٹرفیس، 2019,11(12):11459-11465۔

[19] YOO J، CHO SJ، JUNG GY، وغیرہ۔ CNT-net پر COF-net ایک سالماتی طور پر ڈیزائن کیا گیا، لتیم سلفر بیٹریوں میں پولی سلفائیڈز کے لیے درجہ بندی کے غیر محفوظ کیمیائی جال کے طور پر۔ نینو لیٹرز، 2016,16(5):3292-3300۔

[20] HU Y, LIU C. 1 کا تعارف،2-آرگنوبورون مرکبات کے لیے ہجرت۔ یونیورسٹی کیمسٹری، 2019,34(12):39-44۔

[21] SOREN KM، SUNING W. بوران پر مبنی محرکات کا جواب دینے والا مواد۔ کیمیکل سوسائٹی کے جائزے، 2019,48(13):3537-3549۔

[22] HUANG ZG، WANG SN، DEWHURST RD، et al. بورون: توانائی سے متعلق عمل اور ایپلی کیشنز میں اس کا کردار۔ Angewandte Chemie انٹرنیشنل ایڈیشن، 2020,59(23):8800-8816۔

[23] ZHU YH, GAO SM, HOSMANE N S. بوران سے افزودہ جدید توانائی کے مواد۔ Inorganica Chimica Acta، 2017,471:577-586۔

[24]خان کے، ترین اے کے، اسلم ایم، وغیرہ۔ 2D-borophene xenes کی ترکیب، خصوصیات اور ناول الیکٹروکیٹلیٹک ایپلی کیشنز۔ سالڈ اسٹیٹ کیمسٹری میں پیشرفت، 2020,59:100283۔

[25] RAO DW، LIU XJ، YANG H، et al. بوروفین پر مبنی کیتھوڈ اور الیکٹرولائٹ کے درمیان لتیم سلفر بیٹری کے ملٹی سلفائیڈ متحرک ہونے کے لیے انٹرفیشل مقابلہ۔ جرنل آف میٹریلز کیمسٹری A، 2019,7(12):7092-7098۔

[26] جیانگ ایچ آر، شی ڈبلیو، لیو ایم، وغیرہ۔ بوروفین اور عیب دار بوروفین لتیم سلفر بیٹریوں کے لیے ممکنہ اینکرنگ مواد کے طور پر: پہلے اصولوں کا مطالعہ۔ جرنل آف میٹریلز کیمسٹری A، 2018,6(5):2107-2114۔

[27] ZHANG CY، HE Q، CHU W، et al. ٹرانزیشن میٹلز ڈوپڈ بوروفین-گرافین ہیٹرسٹرکچر برائے مضبوط پولی سلفائیڈ اینکرنگ: ایک پہلا اصولی مطالعہ۔ اپلائیڈ سرفیس سائنس، 2020,534:147575۔

[28] ZHANG L، LIANG P، SHU HB، et al. بوروفین لیتھیم سلفر بیٹریوں کے لیے سلفر کے موثر میزبان کے طور پر: شٹل اثر کو دبانا اور چالکتا کو بہتر بنانا۔ جرنل آف فزیکل کیمسٹری C، 2017,121(29):15549-15555۔

[29] GRIXTI S, MUKHERJEE S, SINGH C V. دو جہتی بوران بطور متاثر کن لتیم سلفر بیٹری کیتھوڈ مواد۔ توانائی ذخیرہ کرنے کا مواد، 2018,13:80-87۔

[30] MANNIX AJ، ZHOU XF، KIRALY B، et al. بوروفینس کی ترکیب: انیسوٹروپک، دو جہتی بوران پولیمورفس۔ سائنس، 2015,350(6267):1513-1516۔

[31] FENG BJ، ZHANG J، ZHONG Q، et al. دو جہتی بوران شیٹس کا تجرباتی احساس۔ نیچر کیمسٹری، 2016,8(6):564-569۔

[32] PARAKNOWITSCH JP، THOMAS A. نائٹروجن سے آگے ڈوپنگ کاربن: توانائی کے استعمال کے لیے بوران، سلفر اور فاسفورس کے ساتھ جدید ہیٹروٹم ڈوپڈ کاربن کا ایک جائزہ۔ توانائی اور ماحولیاتی سائنس، 2013,6(10):2839-2855۔

[33] WANG HB، MAIYALAGAN T، WANG X. نائٹروجن ڈوپڈ گرافین میں حالیہ پیشرفت کا جائزہ: ترکیب، خصوصیات، اور اس کے ممکنہ استعمال۔ ACS کیٹالیسس، 2012,2(5):781-794۔

[34] XIE Y، MENG Z، CAI TW، et al. لیتھیم سلفر بیٹری کے لیے کیتھوڈ کے طور پر استعمال ہونے والے گرافین ایرجیل پر بوران ڈوپنگ کا اثر۔ ACS اپلائیڈ میٹریلز اینڈ انٹرفیس، 2015,7(45):25202-25210۔

[35] شی پی سی، وانگ وائی، لیانگ ایکس، وغیرہ۔ لیتھیم سلفر بیٹریوں میں استعمال کے لیے سلفر کو سمیٹنے کے لیے ساتھ ہی بوران ڈوپڈ گرافین کی چادروں کو ایکسفولیئٹ کیا۔ ACS پائیدار کیمسٹری اور انجینئرنگ، 2018,6(8):9661-9670۔

[36] یانگ ایل جے، جیانگ ایس جے، ژاؤ وائی، وغیرہ۔ بوران ڈوپڈ کاربن نانوٹوبس آکسیجن میں کمی کے رد عمل کے لیے دھات سے پاک الیکٹروکیٹالسٹس کے طور پر۔ Angewandte Chemie انٹرنیشنل ایڈیشن، 2011,50(31):7132-7135۔

[37] AI W, LI JW, DU ZZ, et al. اعلی درجے کی Li-S بیٹریوں کے لیے بوران ڈوپڈ غیر محفوظ کاربن اسفیئر/گرافین ہائبرڈ میں پولی سلفائیڈز کی دوہری قید۔ نینو ریسرچ، 2018,11(9):4562-4573۔

[38] YANG CP، YIN YX، YE H، et al. لیتھیم سلفر بیٹریوں میں سلفر/کاربن کیتھوڈ پر بوران ڈوپنگ کے اثر کی بصیرت۔ ACS اپلائیڈ میٹریلز اور انٹرفیس، 2014,6(11):8789-8795۔

[39] XU CX، ZHOU HH، FU CP، et al. اعلی کارکردگی والی لیتھیم سلفر بیٹریوں کے لیے بوران ڈوپڈ غیر زپ شدہ کاربن نانوٹوبس/سلفر مرکب کی ہائیڈرو تھرمل ترکیب۔ الیکٹرو کیمیکا ایکٹا، 2017,232:156-163۔

[40] HAN P، Manthiram A. بوران- اور نائٹروجن ڈوپڈ کم گرافین آکسائڈ لیپت جداکار اعلی کارکردگی والی Li-S بیٹریوں کے لیے۔ جرنل آف پاور سورسز، 2017,369:87-94۔

[41] HOU TZ، CHEN X، PENG HJ، وغیرہ۔ لیتھیم سلفر بیٹریوں کے لیے پولی سلفائیڈز کی مضبوط اینکرنگ حاصل کرنے کے لیے ہیٹروٹم ڈوپڈ نینو کاربن کے لیے ڈیزائن کے اصول۔ چھوٹا، 2016,12(24):3283-3291۔

[42] XIONG DG, ZHANG Z, HUANG XY, et al. مستحکم Li-S بیٹریوں کے لیے لیوس ایسڈ-بیس تعامل کے ذریعے B/N-codoped درجہ بندی کے لحاظ سے غیر محفوظ کاربن نانوشیٹس میں پولی سلفائیڈ کی قید کو بڑھانا۔ جرنل آف انرجی کیمسٹری، 2020,51:90-100۔

[43] YUAN SY، BAO JL، WANG LN، et al. لیتھیم پولی سلفائیڈز کے بہتر کیمیسورپشن کی وجہ سے لیتھیم سلفر بیٹریوں کی بہتر کارکردگی کے لیے گرافین سے تعاون یافتہ نائٹروجن اور بوران سے بھرپور کاربن پرت۔ ایڈوانسڈ انرجی میٹریلز، 2016,6(5):1501733۔

[44] CHEN L، FENG JR، ZHOU HH، وغیرہ۔ ہائی پرفارمنس لیتھیم سلفر بیٹری کیتھوڈس کے لیے ہائیڈرو تھرمل تیاری نائٹروجن، بوران کو-ڈوپڈ مڑے ہوئے گرافین نینوریبنز کے ساتھ زیادہ ڈوپینٹ مقدار کے ساتھ۔ جرنل آف میٹریل کیمسٹری A، 2017,5(16):7403-7415۔

[45] جن CB، ZHANG WK، ZHUANG ZZ، et al. اعلی درجے کی لتیم سلفر بیٹریوں کے لیے بوران اور آکسیجن دوہری ڈوپڈ ملٹی والڈ کاربن نانوٹوبس کا استعمال کرتے ہوئے بہتر سلفائیڈ کیمیسورپشن۔ جرنل آف میٹریلز کیمسٹری A، 2017,5(2):632-640۔

[46] اللہ S, DENIS PA, SATO F. سلفر نائٹروجن اور سلکان بوران کوڈوپیڈ گرافین میں سوڈیم اور پوٹاشیم کی جذب کرنے والی توانائیوں میں غیر معمولی اضافہ۔ ACS اومیگا، 2018,3(11):15821-15828۔

[47] ZHANG Z, XIONG DG, SHAO AH, et al. دھاتی کوبالٹ اور N/B ہیٹروٹمس کو غیر محفوظ کاربن نینو شیٹس میں لتیم سلفر بیٹریوں کے لیے موثر سلفر اموبیلائزر کے طور پر ضم کرنا۔ کاربن، 2020,167:918-929۔

[48] ​​وانگ پی، کمار آر، سنکرن ای ایم، وغیرہ۔ وینڈیم ڈائبورائڈ (VB2) اعلی دباؤ پر ترکیب کیا گیا: لچکدار، میکانی، الیکٹرانک، اور مقناطیسی خصوصیات اور تھرمل استحکام۔ غیر نامیاتی کیمسٹری، 2018,57(3):1096-1105۔

[49] HE GJ, LING M, HAN XY, et al. اعلی کارکردگی والے سپر کیپسیٹرز کے لیے کور شیل ڈھانچے کے ساتھ خود کھڑے الیکٹروڈ۔ توانائی ذخیرہ کرنے کا مواد، 2017,9:119-125۔

[50] WANG CC, AKBAR SA, CHEN W, et al. ہائی ٹمپریچر آکسائیڈز، بورائیڈز، کاربائیڈز اور نائٹرائڈز کی برقی خصوصیات۔ جرنل آف میٹریلز سائنس، 1995,30(7):1627-1641۔

[51] XIAO ZB، YANG Z، ZHANG LJ، et al. سینڈوچ کی قسم NbS2@S@I-doped گرافین اعلی سلفر سے بھری ہوئی، انتہائی ہائی ریٹ، اور لمبی زندگی والی لتیم سلفر بیٹریوں کے لیے۔ ACS نینو، 2017,11(8):8488-8498۔

[52] WANG LJ، LIU FH، ZHAO BY، وغیرہ۔ کاربن نانو باؤلز MoS2 نانو شیٹس سے بھرے ہوئے ہیں بطور الیکٹروڈ میٹریل سپر کیپسیٹرز کے لیے۔ ACS اپلائیڈ نینو میٹریلز، 2020,3(7):6448-6459۔

[53] بالاچ جے، لِنیمن ج، جمن ٹی، وغیرہ۔ اعلی درجے کی لتیم سلفر بیٹریوں کے لیے دھات پر مبنی نانو ساختی مواد۔ جرنل آف میٹریل کیمسٹری A، 2018,6(46):23127-23168۔

[54] BEN-DOR L، SHIMONY Y. کرسٹل ڈھانچہ، مقناطیسی حساسیت اور خالص اور NiO-doped MoO2 اور WO2 کی برقی چالکتا۔ میٹریل ریسرچ بلیٹن، 1974,9(6):837-44۔

[55] سمسونوو جی. 难熔化合物手册. 北京:中国工业出版社، 1965: 1-147۔

[56] FENG LS, QUN CX, LIN MY, et al. لتیم آئن بیٹریوں کے لیے این بی پر مبنی آکسائیڈز بطور اینوڈ مواد۔ کیمسٹری میں پیشرفت، 2015,27(2/3):297-309۔

[57] TAO Q, MA SL, CUI T, et al. فنکشنل ٹرانزیشن میٹل بورڈز کے ڈھانچے اور خصوصیات۔ ایکٹا فزیکا سینیکا، 2017,66(3):036103۔

[58] شین وائی ایف، ایکس یو سی، ہوانگ ایم، وغیرہ۔ بوران کلسٹرز، بورین اور میٹل ڈوپڈ بوران مرکبات کی تحقیقی پیشرفت۔ کیمسٹری میں پیشرفت، 2016,28(11):1601-1614۔

[59] گپتا ایس، پٹیل ایم کے، میوٹیلو اے، وغیرہ۔ الیکٹرو کیمیکل پانی کی تقسیم کے لئے میٹل بورائڈ پر مبنی کاتالسٹ: ایک جائزہ۔ ایڈوانسڈ فنکشنل میٹریلز، 2020,30(1):1906481۔

[60] WU F, WU C. نئی ثانوی بیٹریاں اور ان کے اہم مواد ملٹی الیکٹران رد عمل کے تصور پر مبنی۔ چینی سائنس بلیٹن، 2014,59(27):3369-3376۔

[61] GUAN B, FAN LS, WU X, et al. بے ترتیب کوبالٹ بورائیڈ (Co2B)@graphene جامع کیتھوڈ کی آسان ترکیب اور بہتر لیتھیم سلفر بیٹری کی کارکردگی۔ جرنل آف میٹریلز کیمسٹری A، 2018,6(47):24045-24049۔

[62] GUAN B، ZHANG Y، FAN LS، et al. پولی سلفائیڈ کو Co2B@CNT کے ساتھ "Synergetic adsorptive effect" کے ذریعے انتہائی اعلیٰ صلاحیت اور مضبوط لتیم سلفر بیٹری کی طرف روکنا۔ ACS نینو، 2019,13(6):6742-6750۔

[63] گوان بی، سن ایکس، ژانگ وائی، وغیرہ۔ اعلی کارکردگی والی لیتھیم سلفر بیٹریوں کے لیے cobalt boride@MXene کے اندر انٹرفیشل الیکٹرانک تعامل کی دریافت۔ چینی کیمیائی خطوط، 2020,32(7):2249-2253۔

BASU B، RAJU GSURI A. یک سنگی TiB2 پر مبنی مواد کی پروسیسنگ اور خصوصیات۔ بین الاقوامی مواد کے جائزے، 2006,51(6):352-374۔

[65] LI CC, LIU XB, ZHU L, et al. اعلی درجے کی لتیم سلفر بیٹریوں کے لئے سلفر میزبان کے طور پر کنڈکٹیو اور پولر ٹائٹینیم بورائیڈ۔ مواد کی کیمسٹری، 2018,30(20):6969-6977۔

[66] LI ZJ، JIANG HR، LAI NC، et al. لتیم سلفر بیٹریوں میں کیٹلیٹک سلفر کی تبدیلی کے لیے موثر سالوینٹ-کیٹالسٹ انٹرفیس ڈیزائن کرنا۔ میسٹری آف میٹریلز، 2019,31(24):10186-10196۔

[67] جن ایل ایم، این آئی جے، شین سی، وغیرہ۔ بہتر لیتھیم سلفر بیٹریوں کے لیے دھاتی طور پر کنڈکٹیو TiB2 ایک ملٹی فنکشنل سیپریٹر موڈیفائر کے طور پر۔ جرنل آف پاور سورسز، 2020,448:227336۔

[68] WU R, XU HK, ZHAO YW, et al. Borophene کی طرح بورون subunits میں داخل کیا گیا MoB2 کا مولیبڈینم فریم ورک مستحکم اور فوری کام کرنے والی Li2S6-کی بنیاد پر لیتھیم سلفر بیٹریوں کو قابل بناتا ہے۔ توانائی ذخیرہ کرنے کا مواد، 2020,32:216-224۔

[69] HE JR، BHARGAV A، Manthiram A. Molybdenum Boride اعلی توانائی کی کثافت لیتھیم سلفر بیٹریوں کو فعال کرنے کے لیے پولی سلفائیڈ ریڈوکس کے لیے ایک موثر عمل انگیز کے طور پر۔ ایڈوانسڈ میٹریلز، 2020,32(40):2004741۔

[70] PANG Q، KWOK CY، KUNDU D، et al. ہلکا پھلکا دھاتی MgB2 پولی سلفائڈ ریڈوکس میں ثالثی کرتا ہے اور اعلی توانائی کی کثافت لیتھیم سلفر بیٹریوں کا وعدہ کرتا ہے۔ جول، 2019,3(1):136-148۔

[71] YU TT, GAO PF, ZHANG Y, et al. لتیم سلفر بیٹریوں کے لیے ممکنہ اینکرنگ مواد کے طور پر بوران فاسفائیڈ مونولیئر: پہلا اصول مطالعہ۔ اپلائیڈ سرفیس سائنس، 2019,486:281-286۔

[72] JANA S, THOMAS S, LEE CH, et al. B3S monolayer: لتیم آئن بیٹریوں کے لیے اعلیٰ کارکردگی والے انوڈ مواد کی پیش گوئی۔ جرنل آف میٹریلز کیمسٹری A، 2019,7(20):12706-12712۔

[73] SUN C, HAI CX, ZHOU Y, et al. لیتھیم سلفر بیٹریوں کی بہتر کارکردگی کے لیے کیتھوڈ کے طور پر پریٹریٹڈ کیٹجن بلیک پر اُگائے جانے والے سیٹو میں انتہائی اتپریرک بوران نائٹرائڈ نانوفائبر۔ ACS اپلائیڈ انرجی میٹریلز، 2020,3(11):10841-10853۔

[74] ARENAL R، LOPEZ BEZANILLA A. بوران نائٹرائڈ مواد: 0D سے 3D (نینو) ڈھانچے کا جائزہ۔ ولی بین الضابطہ جائزے- کمپیوٹیشنل مالیکیولر سائنس، 2015,5(4):299-309۔

[75] جیانگ ایکس ایف، وینگ کیو ایچ، وانگ ایکس بی، وغیرہ۔ بوران نائٹرائڈ نینو میٹریلز کی من گھڑت اور ایپلی کیشنز پر حالیہ پیشرفت: ایک جائزہ۔ جرنل آف میٹریلز سائنس اینڈ ٹیکنالوجی، 2015,31(6):589-598۔

[76] پرکاش اے، نیہتے ایس ڈی، سندرم کے بی۔ بوران کاربن نائٹرائیڈ پر مبنی میٹل-انسولیٹر-میٹل یووی ڈیٹیکٹر سخت ماحول کے استعمال کے لیے۔ آپٹکس لیٹرز، 2016,41(18):4249-4252۔

[77] ZHAO YM، YANG L، ZHAO JX، et al. لتیم سلفر بیٹریوں کے لیے پولی سلفائیڈز کو متحرک کرنے کے لیے غیر فعال بوران نائٹرائڈ نانوشیٹس کو کیسے فعال بنایا جائے: ایک کمپیوٹیشنل اسٹڈی۔ فزیکل کیمسٹری کیمیکل فزکس، 2017,19(28):18208-18216۔

[78] YI YK، LI HP، CHANG HH، وغیرہ۔ لیتھیم سلفر بیٹریوں کے لیے پولی سلفائیڈ کی کیتھوڈ میٹرکس کے طور پر تبدیلی کو فروغ دینے کے لیے انجینئرڈ نائٹروجن خالی جگہوں کے ساتھ چند پرتوں والی بوران نائٹرائیڈ۔ کیمسٹری، 2019,25(34):8112-8117۔

[79] HE B, LI WC, ZHANG Y, et al. Paragenesis BN/CNTs ہائی ریٹ اور الٹرا لانگ لائف لیتھیم سلفر بیٹری کے لیے ایک مونوکلینک سلفر ہوسٹ کے طور پر ہائبرڈ۔ جرنل آف میٹریلز کیمسٹری A، 2018,6(47):24194-24200۔

[80] DENG DR، BAI CD، XUE F، et al. Li-S بیٹریوں کے لیے ایک انٹرلیئر کے طور پر 2D مواد کے ذریعے تعمیر کردہ ملٹی فنکشنل آئن سیو۔ ACS اپلائیڈ میٹریلز اور انٹرفیس، 2019,11(12):11474-11480۔

[81] SUN K, GUO PQ, SHANG XN, et al. میسوپورس بوران کاربن نائٹرائڈ/گرافین تبدیل شدہ جداکار انتہائی مستحکم لیتھیم سلفر بیٹریوں کے لیے موثر پولی سلفائیڈ رکاوٹ کے طور پر۔ جرنل آف الیکٹرو اینالیٹیکل کیمسٹری، 2019,842:34-40۔

[82] FAN Y, YANG Z, HUA WX, et al. تیز رفتار اور طویل زندگی لیتھیم سلفر بیٹریوں کے لیے فنکشنلائزڈ بوران نائٹرائڈ نینو شیٹس/گرافین انٹرلیئر۔ ایڈوانسڈ انرجی میٹریلز، 2017,7(13):1602380۔

[83] KIM PJH، SEO J، FU K، et al. انتہائی مستحکم لیتھیم سلفر بیٹریوں کے لیے BN-کاربن الگ کرنے والے کا ہم آہنگی کا حفاظتی اثر۔ این پی جی ایشیا میٹریلز، 2017,9(4):e375۔

[84] PRAMAMANICK A, DEY PP, DAS P K. WEDM کے ساتھ مشینی اسپارک پلازما سینٹرڈ بوران کاربائیڈ کے مائیکرو اسٹرکچر، فیز اور برقی چالکتا کا تجزیہ۔ سیرامکس انٹرنیشنل، 2020,46(3):2887-2894۔

[85] یگانیہ ایم، صراف ایچ ایچ، کافی ف، وغیرہ۔ گرافین نما بوران کاربائیڈ کی کمپن، الیکٹرانک اور آپٹیکل خصوصیات کی تحقیقات کے پہلے اصول۔ سالڈ اسٹیٹ کمیونیکیشنز، 2020,305:113750۔

[86] چانگ وائی کے، سن ایکس ایچ، ایم اے ایم ڈی، وغیرہ۔ توانائی کے ذخیرہ میں سخت سیرامک ​​مواد B4C کا اطلاق: انتہائی ہائی سائیکلبلٹی کے ساتھ لچکدار آل سالڈ سٹیٹ مائیکرو سپر کیپیسیٹرز کے لیے B4C@C کور شیل نینو پارٹیکلز کو الیکٹروڈ کے طور پر ڈیزائن کریں۔ نینو انرجی، 2020,75:104947۔

[87] LUO L، CHUNG SH، ASL HY، et al. بوران کاربائیڈ نانوائرز کے ساتھ تشکیل شدہ دو فنکشنل کیتھوڈ سبسٹریٹ کے ساتھ لمبی زندگی والی لتیم سلفر بیٹریاں۔ جدید مواد، 2018,30(39):1804149۔

[88] گانا NN، GAO Z، ZHANG YY، et al. B4C نانوسکلٹن فعال، لچکدار لتیم سلفر بیٹریاں۔ نینو انرجی، 2019,58:30-39۔

[89] ZHANG RH، CHI C، WU MC، et al. اچھی طرح سے تقسیم شدہ B4C نینو پارٹیکلز سے مزین ایک کیتھوڈ کے ذریعے فعال ہونے والی ایک لمبی عمر کی Li-S بیٹری کو چالو کپاس کے ریشوں سے سجایا گیا ہے۔ جرنل آف پاور سورسز، 2020,451:227751۔