新型能源电池材料的第一性原理研究
本文关键词： 电导率 拉曼散射光谱 DFPT DFT CI-NEB Li FeSO_4F LiFePO_4 MAPbI_3 出处：《吉林大学》2017年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：伴随着人类社会科技的进步发展,各行各业对能源也有着日益增长的迫切需求。与此同时,人类社会也面临着能源危机以及传统能源带来的环境问题。因此,人们不断地寻找价格低廉,环境友好,性能优异且安全的新能源材料。近些年来,聚阴离子电池材料Li Fe PO_4,Li Fe SO_4F以及新型太阳能电池材料MAPb I_3逐渐走入人们的视野,渐渐成为人们研究的热点。本论文正是通过密度泛函理论研究这些新型能源材料的相关物性。随着数值算法和相关的理论以及计算机技术的飞速进步,使得基于密度泛函理论的第一性原理方法成为研究物质根本物理性质的基本研究手段。本文对三种新型能源电池材料进行了几何结构,磁学性质,电子结构等方面的研究。具体内容如下:第一章绪论部分,对新型锂离子电池以及太阳能电池的构成,结构以及应用进行了概述。第二章简要的介绍了密度泛函理论的基本理论框架以及相关的计算方法。以寻求合适的交换关联函数为主线,对密度泛函理论的基本思想、理论基础以及相应的数值计算方法进行概述,并在章节的结尾对其应用进行了展望。第三章锂离子电池材料磷酸亚铁锂LiFePO_4的理论计算研究。Li Fe PO_4二次电池由于其使用寿命长、安全环保、体积小和耐高温等特点备受人们关注,但是较低的锂离子扩散率阻止了其商业化的发展。本章节采用第一性原理方法计算Li Fe PO_4的电子结构和性质;通过CI-NEB(climbing image Nudged Elastic Band method)方法和杂化密度泛函理论估算Li Fe PO_4在两种不同点缺陷浓度(LixFe PO_4,x=0.0625/x=0.9375)下的扩散势垒,解释锂离子、空位和极化子的扩散机制,从极化子迁移方面解释锂离子扩散系数低等问题,为认识材料的性质,改善材料电化学性能提供强有力的理论根据。第四章氟硫酸铁锂晶体振动光谱的第一性原理研究。氟硫酸铁锂(Li Fe SO_4F)是一种新型聚阴离子正极材料,2010年由Recham等人首次合成。本文采用基于密度泛函微扰理论(DFPT)的第一性原理方法,系统的研究了tavorite Li Fe SO_4F的晶格振动性质。与实验相结合,对比拉曼、红外光谱数据,同时对tavorite Li Fe SO_4F进行晶格振动性质的分析和振动模式的指认,分析及验证磁性结构对于晶体晶格动力学方面的显著影响,为LiFeSO_4F以及相关磁性材料的理论计算研究提供了重要的理论依据。第五章氢元素在太阳能电池材料MAPbI_3中迁移机制的第一性原理计算研究。以碘铅甲胺(MAPb I_3)为代表的有机无机复合钙钛矿太阳能电池是近年来新能源开发的热点之一。由于间隙离子迁移对钙钛矿型太阳能电池的光电转化性能和结构稳定性都非常重要的影响,对材料中离子移动机制的解释逐渐成为研究人员亟待解决的问题。本章节采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对MAPb I_3以及具有三种不同带电状态间隙氢杂质时的电子结构进行分析,验证有机无机钙钛矿材料内部结构的灵活性,并通过CI-NEB方法对质子(H+)在MAPbI_3晶体中的迁移势垒的计算,分析质子作为间隙杂质在MAPb I_3中的扩散机制以及对MAPbI_3电子结构的影响。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM910.4
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 李骥;张凤英;王阳;;如何分析第一性原理的计算结果[J];电脑知识与技术;2010年14期
2 蔡本罗;周彦;;4,4' 二硫基二苯醚分子导线Ⅰ-V特性的第一性原理研究[J];科学技术与工程;2009年17期
3 胡盟;程杰;何巨龙;;新型立方碳的第一性原理研究[J];燕山大学学报;2013年01期
4 李健文;聂招秀;傅雅卿;何玉平;;二维叠氮双桥铜(Ⅱ)配位聚合物磁性的第一性原理研究(英文)[J];南昌工程学院学报;2013年01期
5 史立秋;息明东;张琳;马清祥;;硅(100)表面组装膜的第一性原理研究[J];佳木斯大学学报(自然科学版);2012年03期
6 王欣欣;张颖;周洪波;王金龙;;铌对钨中氦行为影响的第一性原理研究[J];物理学报;2014年04期
7 牛丽;朱嘉琦;高巍;杜善义;;非晶碳薄膜振动拉曼光谱的第一性原理研究[J];光谱学与光谱分析;2009年09期
8 黄元春;肖政兵;张欢欢;刘宇;;平衡相对Al-7.8Zn-1.6Mg-1.8Cu-0.12Zr铝合金性能影响:第一性原理研究[J];航空材料学报;2014年03期
9 李静;吴银忠;蔡田怡;雎胜;;BiFeO_3多铁性的第一性原理研究[J];常熟理工学院学报;2013年02期
10 徐金荣;李义宝;朱兴凤;;聚苯硫醚几何结构的第一性原理研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2007年06期
相关会议论文 前10条
1 姜晓庶;Walter R．L．Lambrecht;;半导体非线性光学材料的第一性原理研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集（1）[C];2007年
2 郑晓;陈冠华;;开放电子体系的第一性原理方法[A];中国化学会第九届全国量子化学学术会议暨庆祝徐光宪教授从教六十年论文摘要集[C];2005年
3 宋庆功;褚勇;王艳波;耿德平;郭艳蕊;;有序α-(Al_(1/4)Cr_(3/4))_2O_3的结构及其稳定性研究[A];数学·力学·物理学·高新技术交叉研究进展——2010（13）卷[C];2010年
4 孙学勤;周树兰;林娜;李良;张玉芬;赵显;;关于金刚石的硬度的第一性原理研究[A];中国化学会第九届全国量子化学学术会议暨庆祝徐光宪教授从教六十年论文摘要集[C];2005年
5 周安;舒翠翠;刘立胜;翟鹏程;;双填充方钴矿电子结构和电传输性能的第一性原理研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
6 曾凡林;孙毅;;PVDF单链拉伸的第一性原理模拟[A];第七届海峡两岸工程力学研讨会论文摘要集[C];2011年
7 潘红亮;王月花;;铁酸铋光学特性的第一性原理研究[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
8 宋庆功;王延峰;康建海;严慧羽;;第一性原理方法在插层化合物Li_xTiS_2结构与性能研究中的应用[A];中国数学力学物理学高新技术交叉研究学会第十二届学术年会论文集[C];2008年
9 刘红;邓莉;刘雷;杜建国;;MgSiO_3熔体高温高压状态方程的第一性原理分子动力学研究[A];中国矿物岩石地球化学学会第14届学术年会论文摘要专辑[C];2013年
10 平飞林;蒋刚;张林;朱正和;;~3He对LaNi_5储氚性能影响的第一性原理研究[A];第八届全国核靶技术学术交流会论文摘要集[C];2004年
相关博士学位论文 前10条
1 孙金平;水溶液环境羟基磷灰石/钛界面结构与性质第一性原理研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
2 龚奎;新型二维半导体材料及自旋相关器件量子输运的第一性原理研究[D];北京科技大学;2016年
3 孙瑜;若干半导体非晶化相变的结构及化学键演化规律的第一性原理研究[D];吉林大学;2016年
4 李晨辉;纳米线，纳米岛和薄膜生长机理的第一性原理研究[D];郑州大学;2016年
5 李国豹;三种二次电池正极材料的第一性原理研究[D];大连理工大学;2016年
6 姚路驰;半导体纳米线成核生长机理的第一性原理研究[D];中国科学院研究生院(上海技术物理研究所);2016年
7 容青艳;掺杂改善BiFeO_3磁性的第一性原理研究[D];湖南大学;2016年
8 宁锋;基于InAs纳米体系的电子结构和输运特性第一性原理研究[D];湖南大学;2015年
9 张小乐;基于第一性原理的深紫外氟化物晶体及复杂氧化物的理论研究[D];上海交通大学;2015年
10 王思涵;高压下光伏及多铁储能材料的第一性原理研究[D];长春理工大学;2016年
相关硕士学位论文 前10条
1 李凤;正交系超硬材料bc-BC_xN的第一性原理研究[D];西南大学;2015年
2 乌日勒;三元混晶GaAs_(1-x)Sb_x电子结构和光学性质的第一性原理研究[D];内蒙古大学;2015年
3 尹梦园;掺杂CoO与铁磁体/MoS_2界面的电子结构和磁性的第一性原理研究[D];天津理工大学;2015年
4 牛之慧;单相多铁性体CaMn_7O_(12)的第一性原理研究[D];昆明理工大学;2015年
5 金元俊;压力下122系铁基超导体的第一性原理研究[D];华南理工大学;2015年
6 张蓉芳;采用第一性原理研究[D];福建师范大学;2015年
7 王永真;Ba_2Ti_2Fe_2As_4O和CaIr_2的电子结构及光学性质的第一性原理研究[D];浙江大学;2015年
8 马静;纳米拓扑绝缘体(01ī5)电子结构第一性原理研究[D];陕西师范大学;2015年
9 张元元;掺杂ZnO和In_2O_3的第一性原理研究[D];吉林大学;2015年
10 胡京;几种Ⅱ-Ⅳ-Ⅴ_2型黄铜矿半导体材料的第一性原理研究[D];中国矿业大学;2015年
，本文编号：1502616
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/1502616.html
