第一性原理研究石墨烯及B掺杂石墨烯在钠离子电池中的应用

来源 :西安电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chinagirlxin
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来,锂离子电池因其质量轻、能量密度高、循环性能好等优点广泛应用于电子产品、航空航天、微机电系统、医疗等各个方面。然而,由于锂资源不丰富且成本较高等缺点,锂离子电池的市场化受到一定的限制。钠离子电池的原理与锂离子电池的原理相似,且钠具有资源丰富(约为锂的440倍),价格低廉(约为钠的百分之三)等特点,钠离子电池受到广泛关注。然而钠离子的离子半径(约98-102pm)远大于锂离子的离子半径(76pm),因此寻找合适的钠离子电池负极材料是目前的研究热点。石墨烯具有六角蜂窝状的二维平面结构及较大的层间距,能够提供额外的储存位点,使得钠在石墨烯层间得以良好的存储,解决储存容量受限的问题。此外,石墨烯具有优良的导电性和机械性能,它有望成为钠离子电池的负极材料。因此,本文以本征石墨烯和B掺杂石墨烯对钠的吸附过程为研究对象,采用第一性原理计算方法,对石墨烯吸附钠的特性进行了仿真和分析,为石墨烯作为钠离子电池负极材料的优化和研究提供必要的理论依据。本论文的主要研究内容如下:1.建立5×5的本征石墨烯在不同吸附位点(H位、T位和B位)吸附钠原子的模型。研究结果表明,本征石墨烯吸附钠的最佳位点位于石墨烯的H位,在该位点时钠的吸附能为-0.94e V,吸附高度为2.222?。分析了本征石墨烯吸附不同浓度钠原子的结果,研究结果表明当石墨烯吸附不同浓度的钠原子时,单个钠原子的吸附能均大于钠原子的团聚能,表明本征石墨烯并不是一种优良的钠离子电池负极材料。2.建立5×5的B掺杂石墨烯模型,并研究B掺杂石墨烯在不同位点处(H位、T位和B位)对钠的吸附性能研究。研究结果表明,B掺杂石墨烯对钠原子的最佳吸附位点位于H位点,单个钠原子的吸附能为-2.167e V,吸附高度为2.283?。在储钠量方面,当B掺杂石墨烯吸附六个钠原子时,单个钠原子吸附能为-1.234e V,小于钠原子的团聚能,表明B掺杂石墨烯可以有效地吸附高浓度的钠原子。3.建立2×2的B掺杂石墨烯结构模型(BC7),在优化后的B掺杂石墨烯晶胞中分别加入不同数量的钠原子,研究不同浓度下的平均单个钠原子吸附能。吸附结果表明,当钠浓度为1时单个钠原子的平均吸附能为-1.393e V,此时的B掺杂石墨烯仍表现出优良的吸附性能。由计算可得Na2BC7的理论比容量为279m Ah/g;Na4BC7的理论比容量为558m Ah/g;Na6BC7的理论比容量为838m Ah/g;Na8BC7的理论比容量为1117m Ah/g。因此,B原子的掺杂有效地提升了石墨烯的储钠性能,B掺杂是一种有效的优化方法。
其他文献
近年来,植物生理特性对种间及环境梯度的响应一直是研究的热点。以往研究主要集中在草本植物,且多数是控制试验,而对于木本C_3和C_4植物生理特性对种间关系和环境胁迫的响应研究相对较少。而荒漠地区C_3与C_4混生群落是珍贵的混生生长类型,对不同降水条件下C_3与C_4植物光合特性及化学计量特性进行研究,对揭示荒漠植物适应环境的光合生理变化以及种间相互作用关系具有重要意义。本文以C_3植物红砂(Rea
随着中国经济的不断发展,国民整体消费力上升的同时,信用消费意识不断觉醒。伴随着互联网技术的不断创新,自2006年来,国内互联网金融行业发展迅速。据网贷天眼研究院数据,截
改革开放的发展推动了城市化进程的加快,吸引了越来越多的农村年轻人向城市流动,他们为了获得更多的发展机遇和更高的收入而来到陌生的城市扎根,在城市里工作和生活。随着我国老龄化程度的不断加深和“二孩”政策的全面放开,越来越多的农村老年人选择随子女迁入城市生活,社会各界将这部分群体亲切地称之为农村“老漂族”,这一称谓也生动形象地描绘出了这部分老年人当前所处的尴尬境地,这也决定了他们在城市的异地养老生活必将
随着人们越来越深入地研究均衡问题,许多作者以不同的方式提出了向量拟均衡问题的模型.综其原因主要是这一模型为许多重要问题提供了一个简洁而统一的框架,如:向量拟优化问题,向量拟变分不等式问题,广义纳什均衡问题,向量鞍点问题等.值得指出的是,向量拟均衡问题的研究结果同时被许多研究者应用于各种实际生活的问题当中,例如半无限规划,带有均衡控制的数学规划问题等等.另一方面,集优化问题也被广泛的研究并应用到各种
近年来随着全球气温的升高对人类生活状况带来的影响日益严重,大气温度升高的原因引起越来越多的关注,目前多数的研究主要集中于海洋对大气温度影响方面,而且也已经非常成熟,
在中国的现实情境中,基层政府组织的负重运作困境何以发生且持续?既有研究对此问题作出了有益探索,但仍有进一步的分析空间。基于组织分析的新制度主义理论视角,构建"制度—
溴氰菊酯(DM)被广泛应用于农业、公共卫生和兽医学等领域,由于使用量大、范围广,导致了全球性的抗药性,因此,深入研究DM的抗性机理具有非常重要的意义。有研究报道DM能引起昆虫细胞氧化应激,而Nrf2-Keap1信号通路是细胞中重要的抗氧化通路,在预防外源性物质损伤方面发挥着关键作用。Nrf2基因通过调节多种抗氧化和解毒酶的表达来调控抗氧化反应和异生质代谢,从而保护细胞免受包括内源性物质、活性氧(R
非编码RNA在各种生命过程中扮演着极其重要的角色,特别是microRNA(miRNA)一直是生命科学的热点研究领域。miRNA能在转录后水平调控基因表达对维持生物体内的稳态起着关键的作
岛崎藤村是日本近代文学史上自然主义文学的杰出代表。由于日本自然主义平面描写的特征和岛崎藤村丰富的人生阅历,他的自然主义代表作有的呈现出较为浓重的私小说倾向。《家》就是兼具自然主义和私小说特色的作品。由于自然主义本身不太注重“外部描写”的传统,所以以往学术界对藤村《家》的分析大都集中在作品内部,比如人物形象分析相关论文较多。此外,论述最多的就是和“家”直接相关的日本“家制”。本论文尝试从社会文化和历
随着网络技术的不断发展,即时通信产品种类层出不穷,在人们的生活工作中扮演着越来越重要的角色。特别是在企业工作中,随着企业规模不停地增长,组织结构越来越复杂,员工之间