添加的石墨碳化物作为硫电池定材料的第一原则调查
Yuehui Chen1,2, Fengxia Liu1, Shuang Wei1
1School of Mining, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China.
Molecules (Basel, Switzerland)
|June 27, 2024
概括
用添加的石墨碳化物 (P-g-C3N4) 有效地结多硫化物 (LiPSs),抑制硫电池中的穿效应. 这种材料提高了硫的利用率和反应动力学,从而提高了电池的性能.
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
- 计算化学计算化学
背景情况:
- 硫 (Li-S) 电池具有高的理论能量密度,但面临着诸如航天飞机效应和慢动力学等挑战.
- 石墨碳化物 (g-C3N4) 已被探索为宿主材料,但其性能需要改进.
- 多硫化物 (LiPSs) 是关键的中间体,负责容量衰减和穿效应.
研究的目的:
- 理论上研究用添加的石墨碳化物 (P-g-C3N4) 作为Li-S电池的主体材料的潜力.
- 评估P-g-C3N4对LiPS的定能力和催化活性.
- 了解P-doping对电子结构的机制及其对Li-S电池性能的影响.
主要方法:
- 使用第一原则计算来研究原始的g-C3N4和P-g-C3N4基质.
- 进行了状态密度 (PDOS) 分析,以了解电子结构的修改.
- 为基板上的LiPS计算了吸附能量和电荷转移.
主要成果:
- 兴奋剂显著提高了LiPSs在g-C3N4基质上的吸附能量 (P-g-C3N4的增加为48-77%).
- P-g-C3N4表现出更强的Li-N与LiPS的结合,改善了定效应并抑制了穿效应.
- P-g-C3N4表现出更好的催化活性,将Li2S的分解能量屏障降低了10-18%,并促进了S8的减少.
结论:
- 由于其增强的LiPSs定和催化性能,P-g-C3N4作为Li-S电池的有希望的宿主材料.
- 理论设计突出了兴奋剂在克服Li-S电池化学的关键局限性的有效性.
- P-g-C3N4可以显著提高硫利用率和反应动力学,为高性能Li-S电池铺平道路.
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