鋰離子電池在儲(chǔ)能方面扮演著越來(lái)越重要的角色;特斯拉等公司將其視為電動(dòng)汽車的能源儲(chǔ)存解決方案，并解決與可再生能源相關(guān)的間歇性問(wèn)題。他們的大量能量密度和多次充電周期的容量已經(jīng)使其幾乎無(wú)處不在移動(dòng)設(shè)備-但他們遇到了問(wèn)題。

鈉離子電池已經(jīng)成為最近的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手;鈉比鋰更豐富，而且這些電池具有更好的安全記錄和更少的火災(zāi)。二維材料具有最大的表面積體積比，高導(dǎo)電率和高離子擴(kuò)散率，可能取代塊狀材料，如石墨，因?yàn)檫@些電池的能量密度更高且更加通用。

隨著合成和表征2D材料的領(lǐng)域變得越來(lái)越先進(jìn)，這些看似神奇的物質(zhì)展現(xiàn)出引人入勝且常常非常有用的特性。由于首先通過(guò)剝離合成石墨烯，并且原子層沉積或分子束外延等將原子層疊到基板上的新方法已被廣泛使用，理論家們一直在敏銳地探索這些材料的計(jì)算潛力。這樣的計(jì)算在2015年提出，有可能合成Si2BN的類石墨烯層-結(jié)合到硼原子和氮原子上的兩個(gè)硅原子。

其他石墨烯類似物如鍺烷在晶格結(jié)構(gòu)中顯示屈曲，但Si2BN具有扁平的六角形結(jié)構(gòu)，允許形成納米管。材料預(yù)計(jì)在各種不同的物理?xiàng)l件下穩(wěn)定-可能高達(dá)800K或更高的溫度。

單層Si2BN受到了許多理論特征的描述，并引起了可再生能源行業(yè)的極大興趣。起初，人們認(rèn)為它可能是有用的儲(chǔ)氫手段。許多可再生能源倡導(dǎo)者希望將風(fēng)力渦輪機(jī)和太陽(yáng)能電池板的間歇性能源以氫氣的形式儲(chǔ)存起來(lái)，氫氣可以在供應(yīng)高峰期間通過(guò)電解產(chǎn)生。

阻止“氫經(jīng)濟(jì)”起飛的因素之一是難以儲(chǔ)存氫氣，這種氫氣不是特別的能量密度高且呈氣體形式的爆炸物;因此，包括美國(guó)能源部在內(nèi)的研究團(tuán)隊(duì)努力尋找能與氫原子化學(xué)鍵合的材料。在該層表面上存在硅引起了人們的希望，即其足夠反應(yīng)以存儲(chǔ)大量的氫-但它也引起了另一個(gè)積極影響。Si2BN是鋰離子電池的優(yōu)秀陽(yáng)極。

納米能源2017年的一篇論文描述了這個(gè)屬性。該論文的標(biāo)題-“二維Si2BN：一種高容量電池負(fù)極材料的奇怪情況”-指出了這種材料的不同尋常的性質(zhì)。它具有吸附和儲(chǔ)存鋰離子的理論能力，其比目前在電池中使用的現(xiàn)有陽(yáng)極材料高出5倍。已經(jīng)合成的2D材料通常也表現(xiàn)出良好的吸附性能，但是2DSi2BN可以很好地與其他材料如silicene，borophene和2D黑色磷以及其他材料如石墨，二氧化鈦和二硒化鉬。

該論文的計(jì)算結(jié)果表明，關(guān)鍵在于Si-Si鍵以及結(jié)構(gòu)對(duì)吸附離子的獨(dú)特響應(yīng)。隨著鋰/鈉離子進(jìn)入材料內(nèi)部，它們會(huì)導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)彎曲;這會(huì)給整體結(jié)構(gòu)提供比其他2D材料更高的容量。這種在其他2D材料（如鍺烷）中可見(jiàn)的屈曲表現(xiàn)為在表面上發(fā)生多于一個(gè)離子的吸附時(shí)的相變。根據(jù)這些計(jì)算，這種相變應(yīng)該是完全可逆的，并有助于離子從陽(yáng)極的擴(kuò)散。

預(yù)計(jì)Si2BN具有通常的電子性質(zhì)，這使得二維材料成為材料科學(xué)領(lǐng)域相當(dāng)興奮的一個(gè)來(lái)源。它強(qiáng)大，靈活，具有可調(diào)諧的帶隙，并且具有高電導(dǎo)率和高電導(dǎo)率。Si2BN具有高電子遷移率的事實(shí)對(duì)于其作為陽(yáng)極的有用性至關(guān)重要;這與離子具有高擴(kuò)散性的事實(shí)相結(jié)合，以允許電池快速充電和放電。創(chuàng)建能夠可靠地存儲(chǔ)大量能量的快速充電電池對(duì)于電網(wǎng)存儲(chǔ)和備份以及電動(dòng)汽車中的應(yīng)用非常重要。

Si2BN從未被大量合成，盡管目前許多不同的團(tuán)隊(duì)正在努力創(chuàng)造這種2D材料。該領(lǐng)域進(jìn)展非常迅速：幾年前，硼芴被認(rèn)為是一種有前景的陽(yáng)極材料。幾乎一旦成功合成（2015年），報(bào)告首次預(yù)測(cè)Si2BN可能會(huì)超過(guò)其陽(yáng)極的容量。對(duì)這些電子特性的理論預(yù)測(cè)使材料科學(xué)家能夠探索物理上可能的參數(shù)空間。下一步將是構(gòu)建電池原型來(lái)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的陽(yáng)極性能，然后細(xì)化電池使其更接近離子存儲(chǔ)的理論最大值。隨著我們對(duì)更大容量和更靈活的儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求增加，這種突破對(duì)于持續(xù)改進(jìn)技術(shù)可能至關(guān)重要。