γ石墨炔基材料储钠性质第一性原理研究

发布时间：2024-03-11 21:40

　　随着动力汽车和移动通讯设备的快速发展,锂离子电池(LIBs)已无法满足人们对大容量电池的需求,而钠离子电池(SIBs)与LIBs的充放电机理相似,有些适用于LIBs的电极材料也可以适用于SIBs,而且钠元素在地球储量丰富,若成功使SIBs替代LIBs,将会大大降低电池的材料成本。目前限制SIBs商业化的主要因素之一是没有合适的阳极材料,因此SIBs阳极的突破将会为社会带来巨大经济效益。石墨炔是一种新型层状二维材料,与石墨烯拥有相似的电子结构,具有较大的比表面积和良好的导电性,与石墨烯不同的是,其层面间距较大,有较大的孔位间隙,这样的结构可以使离子较容易地穿过孔隙,也就是说,离子可以在石墨炔中的三个维度进行迁移,从而提高离子迁移率,增加储电容量,因此被认为是一种有潜力的电池阳极材料。本文通过密度泛函理论首先研究了石墨炔家族中构型最稳定的γ石墨炔作为SIBs阳极时的储钠表现,具体通过吸附能,最大储钠量和储钠过程中开路电压变化范围来表征电化学性能优劣;然后为了改善γ石墨炔的储钠性能,对其采用掺杂改性和界面改性的方法,具体为:1)向其表面同时掺杂Be和B原子(研究表明,在体系中进行双掺杂比单掺...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1钠离子电池的主要组成部分[8]

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文墨烯更大的空位间隙，因其独特的构型，被认为是钠离子电池中有潜力的阳极材料。本文主要通过第一性原理计算，研究石墨炔基材料作为SIBs阳极的性能，为实验提供理论指导。

图1-2SIBs工作原理

图1-1钠离子电池的主要组成部分[8]1.2SIBs的工作原理及性能参数电池是指能够将化学能转变为电能的装置，电池充电的时候，正极发生氧化反应，负极发生还原反应；电池放电的时候，正极发生还原反应，负极发生氧化反应。

图1-3离子电池充电机理图

图1-3离子电池充电机理图(a)Li+和Na+分别在石墨烯和石墨中的嵌入机理(b)Na+三个阶段储存机理(c)硬碳为阳极时电池电位与容量曲线[19]1.3.3二维碳材料层块体石墨烯，是一种独特的二维碳材料，有着极好的物理化学性质，如较大的比表面积，高导电性和化学稳定性[....

图1-4石墨烯与二氧化钛复合体系循环容量变化

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文垒却与锂离子相当[36]。二氧化钛在钠离电池中的可行性首次被Xion现，他们利用电化学法得到了非晶态二氧化钛纳米管，并且作为钠离极材料有极好的表现。Mattsson等人[38]称高结晶或微粉化的TiO2不能a+嵌入，因为与Li相比，Na+的....

本文编号：3926083