理論研究S、N摻雜石墨烯在鋰（鈉）離子電池電極材料中的應(yīng)用.pdf

1、儲(chǔ)能設(shè)備的性能是可再生能源利用的關(guān)鍵因素之一，而目前運(yùn)用最廣泛的移動(dòng)儲(chǔ)能設(shè)備——鋰電池——電極材料性能已經(jīng)發(fā)揮到了極致，新一代高性能儲(chǔ)能鋰電池電極材料亟待開(kāi)發(fā)。另一方面，鈉具有和鋰元素相似的電化學(xué)性質(zhì)，且價(jià)格低廉、儲(chǔ)量豐富，是一種潛在的金屬離子電池材料。因此，為了尋找更多具有優(yōu)良性能的電池電極材料，本論文從理論上探索了部分摻雜石墨烯結(jié)構(gòu)在鋰（鈉）離子電池中的應(yīng)用。論文首先簡(jiǎn)單介紹了新能源材料、鋰（鈉）離子電池的發(fā)展以及石墨烯在儲(chǔ)能領(lǐng)域的

2、應(yīng)用;然后對(duì)材料計(jì)算模擬的發(fā)展、理論基礎(chǔ)和部分軟件進(jìn)行了說(shuō)明;最后采用密度泛函理論(DFT)計(jì)算，研究了S摻雜石墨烯對(duì)Li原子的吸附存儲(chǔ);探索了N摻雜石墨烯對(duì)Na原子吸附存儲(chǔ)，并分析了其在新型Na-S電池電極中的潛在應(yīng)用。主要研究成果分為下面三個(gè)部分:
　　(1)構(gòu)建了S摻雜石墨烯結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行幾何優(yōu)化。研究了S摻雜對(duì)石墨烯的結(jié)構(gòu)及性能的影響和Li原子在石墨烯和S摻雜石墨烯(Sd1、Sd2、Sd3)結(jié)構(gòu)上的存儲(chǔ)機(jī)理。結(jié)果表明S摻

3、雜可提高石墨烯的導(dǎo)電性，改善了石墨烯的電化學(xué)活性，有利于提高Li原子在石墨烯片層中的吸附容量，其中Sd2結(jié)構(gòu)可以穩(wěn)定吸附7個(gè)Li原子，而含氧的Sd3結(jié)構(gòu)至少可以穩(wěn)定吸附8個(gè)Li原子。
　　(2)構(gòu)建了N摻雜石墨烯結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行了幾何優(yōu)化。研究了Na原子在石墨烯和N摻雜石墨烯（GG、PIG和PRG）結(jié)構(gòu)上的存儲(chǔ)機(jī)理。從計(jì)算結(jié)果中得知N摻雜引入的缺陷結(jié)構(gòu)有利于Na原子存儲(chǔ)，6個(gè)Na原子可以被穩(wěn)定吸附在N摻雜石墨烯PIG和PRG結(jié)構(gòu)中