在锂电池或者钠离子电池中使用Si2BN作为阳极

锂离子电池在储能方面扮演着越来越重要的角色;特斯拉等公司将其视为电动汽车的能源储存解决方案，并解决与可再生能源相关的间歇性问题。他们的大量能量密度和多次充电周期的容量已经使其几乎无处不在移动设备-但他们遇到了问题。

钠离子电池已经成为最近的竞争对手;钠比锂更丰富，而且这些电池具有更好的安全记录和更少的火灾。二维材料具有最大的表面积体积比，高导电率和高离子扩散率，可能取代块状材料，如石墨，因为这些电池的能量密度更高且更加通用。

随着合成和表征2D材料的领域变得越来越先进，这些看似神奇的物质展现出引人入胜且常常非常有用的特性。由于首先通过剥离合成石墨烯，并且原子层沉积或分子束外延等将原子层叠到基板上的新方法已被广泛使用，理论家们一直在敏锐地探索这些材料的计算潜力。这样的计算在2015年提出，有可能合成Si2BN的类石墨烯层-结合到硼原子和氮原子上的两个硅原子。

其他石墨烯类似物如锗烷在晶格结构中显示屈曲，但Si2BN具有扁平的六角形结构，允许形成纳米管。材料预计在各种不同的物理条件下稳定-可能高达800K或更高的温度。

单层Si2BN受到了许多理论特征的描述，并引起了可再生能源行业的极大兴趣。起初，人们认为它可能是有用的储氢手段。许多可再生能源倡导者希望将风力涡轮机和太阳能电池板的间歇性能源以氢气的形式储存起来，氢气可以在供应高峰期间通过电解产生。

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阻止“氢经济”起飞的因素之一是难以储存氢气，这种氢气不是特别的能量密度高且呈气体形式的爆炸物;因此，包括美国能源部在内的研究团队努力寻找能与氢原子化学键合的材料。在该层表面上存在硅引起了人们的希望，即其足够反应以存储大量的氢-但它也引起了另一个积极影响。Si2BN是锂离子电池的优秀阳极。

纳米能源2017年的一篇论文描述了这个属性。该论文的标题-“二维Si2BN：一种高容量电池负极材料的奇怪情况”-指出了这种材料的不同寻常的性质。它具有吸附和储存锂离子的理论能力，其比目前在电池中使用的现有阳极材料高出5倍。已经合成的2D材料通常也表现出良好的吸附性能，但是2DSi2BN可以很好地与其他材料如silicene，borophene和2D黑色磷以及其他材料如石墨，二氧化钛和二硒化钼。

该论文的计算结果表明，关键在于Si-Si键以及结构对吸附离子的独特响应。随着锂/钠离子进入材料内部，它们会导致其结构弯曲;这会给整体结构提供比其他2D材料更高的容量。这种在其他2D材料（如锗烷）中可见的屈曲表现为在表面上发生多于一个离子的吸附时的相变。根据这些计算，这种相变应该是完全可逆的，并有助于离子从阳极的扩散。

预计Si2BN具有通常的电子性质，这使得二维材料成为材料科学领域相当兴奋的一个来源。它强大，灵活，具有可调谐的带隙，并且具有高电导率和高电导率。Si2BN具有高电子迁移率的事实对于其作为阳极的有用性至关重要;这与离子具有高扩散性的事实相结合，以允许电池快速充电和放电。创建能够可靠地存储大量能量的快速充电电池对于电网存储和备份以及电动汽车中的应用非常重要。

Si2BN从未被大量合成，尽管目前许多不同的团队正在努力创造这种2D材料。该领域进展非常迅速：几年前，硼芴被认为是一种有前景的阳极材料。几乎一旦成功合成（2015年），报告首次预测Si2BN可能会超过其阳极的容量。对这些电子特性的理论预测使材料科学家能够探索物理上可能的参数空间。下一步将是构建电池原型来测试现场的阳极性能，然后细化电池使其更接近离子存储的理论最大值。随着我们对更大容量和更灵活的储能系统的需求增加，这种突破对于持续改进技术可能至关重要。