过渡金属Si-chalcogenides:用于Na-ion电池的新二维阳极材料
K H Yeoh1, Y H R Chang2, K-H Chew3,4,5
1Jeffrey Sachs Center on Sustainable Development, Sunway University, Bandar Sunway, No. 5, Jalan Universiti, 47500, Selangor, Malaysia. keathoey@sunway.edu.my.
Physical chemistry chemical physics : PCCP
|September 20, 2024
概括
新的二维过渡金属Si-chalcogenides显示出作为离子电池 (SIB) 的阳极材料的希望. 这些材料提供了出色的Na+离子流动性和高容量,有可能提高电池性能和能量密度.
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:
- 离子电池 (SIB) 是用于大规模储能的离子电池的可持续和成本效益高的替代品.
- 丰富的 (Na) 和较低的成本使SIB对能源应用具有吸引力.
- 开发新的阳极材料对于提高SIB性能至关重要.
研究的目的:
- 预测和评估新的二维过渡金属Si-chalcogenides (TMSiCs) 作为SIB的潜在阳极材料.
- 调查这些预测材料的结构,动态和热稳定性.
- 评估它们的电化学特性,包括Na+离子迁移障碍和理论能力.
主要方法:
- 运用第一原理计算来预测和分析TMSiCs的特性,用公式TM2X2Si (TM = Ta,Nb; X = S,Se).
- 评估了动态稳定性,并评估了高达400K的热稳定性.
- 计算了Na+离子迁移障碍,开放电路电压 (OCV) 和最大容量.
主要成果:
- 确定Ta2S2Si,Ta2Se2Si和Nb2Se2Si是动态和热稳定的二维材料.
- 这些材料表现出金属特性和低Na+离子迁移障碍 (0.130.17 eV),促进有效的离子输送.
- 计算出的最大Na+离子容量为Ta2S2Si的206.6 mA hg−1,Ta2Se2Si的171.3 mA hg−1和Nb2Se2Si的252.4 mA hg−1.
- 较低的平均OCV (0.40.48V) 表明可能有更高的输出电压和能量密度.
结论:
- 研究的TMSiCs,特别是Ta2S2Si,Ta2Se2Si和Nb2Se2Si,是SIB阳极材料的有希望的候选材料.
- 它们的固有稳定性和出色的Na+离子动力学表明了高性能和长周期寿命SIB的潜力.
- 这些发现为设计下一代离子储能系统的先进材料提供了基本的见解.


