用于离子电池应用的基于铁的普鲁士蓝色框架材料中金属部位的元素选:一项第一原则研究
Yu Zhang1, Junjie Xing1, Bo Zhang1
1School of Integrated Circuits, and State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, P. R. China. xiulifu@bupt.edu.cn.
Physical chemistry chemical physics : PCCP
|January 3, 2024
概括
离子 (NH4+) 电池对未来的储能充满希望. 与特定金属元素的普鲁士蓝色类似物,如MgFe和ZnFe,在有机电解质中表现出色.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 计算化学的计算化学
背景情况:
- 普鲁士蓝色框架材料是商业电池的先进电极候选者,因为它们独特的3D结构能够快速运输和储存离子.
- 这些材料支持各种氧化还原过程,这对于有效的电池运行至关重要.
研究的目的:
- 在普鲁士蓝色框架材料上研究离子 (NH4+) 的吸附机制.
- 理论上选基于Fe的普鲁士蓝色类似物 (PBA) 用于NH4+电池应用.
- 确定有机电解质中具有优良电化学能量储存潜力的特定PBA.
主要方法:
- 密度函数理论 (DFT) 的计算被用来在普鲁士蓝色框架上建模NH4+的吸附.
- 应用分散校正以考虑范德瓦尔斯力,增强模型稳定性.
- 进行了不同金属元素 (M_a = Co, Cu, Fe, Mg, Mn, Ni, V, Zn) 的各种基于Fe的PBA的理论选.
主要成果:
- 范德瓦尔斯相互作用被证实是NH4+吸附到普鲁士蓝色框架的A位点的主要机制.
- 电荷转移主要通过NH4+中的原子和PBA框架中的原子之间的相互作用发生.
- Fe和FePBA在有机电解质中的NH4+电池应用中表现出有前途的理论性能.
结论:
- 普鲁士蓝色框架上的NH4+吸附受范德瓦尔斯力和特定原子相互作用的控制.
- 基于Fe的PBA中金属元素的选择显著影响其电子结构和电化学性能.
- 已确定MgFe和ZnFePBA为使用有机电解质的高性能NH4+电池的有希望的候选物.
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