第一原理动力学研究作为多价离子电池中的阳极材料

科学领域:

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背景情况:

• (Ge) 是离子电池 (LIB) 的高容量阳极材料.
• 与LIB相比,多价离子电池提供更高的能量密度和更好的安全性.
• 探索用于多价离子电池的替代阳极材料对于下一代能源存储至关重要.

研究的目的:

• 研究无形 (Ge) 阳极在多价离子电池中的潜力.
• 为了评估Mg-Ge和Ca-Ge合金作为阳极材料的性能.
• 了解原子尺度结构特性与电池性能之间的关系.

主要方法:

• 电脑选合金元件用于Geanodes.
• 对Mg-Ge和Ca-Ge合金的电化学性能测试.
• 对离子扩散动态和体积膨胀比率的分析.

主要成果:

• Mg-Ge 和 Ca-Ge 合金的容量比含有 Ge 的 Li,Na 或 K 合金更高 (分别为 1697 和 1771 mA·h·g-1).
• 与Ca-Ge相比,Mg-Ge的体积膨胀比率显著较小 (231%) 和离子扩散率更高 (3.0 × 10−8 cm2 s−1)
• 在Mg-Ge中的离子扩散可以与Li+,Na+和K+等单价离子相比较.

结论:

• 阳极适用于多价离子电池,特别是使用Mg2+作为电荷载体.
• Mg-Ge系统的性能归因于Ge主体原子的协调和Mg的原子大小.
• 原子尺度的结构性质可以预测多价离子电池中合金电极材料的性能.