堿金屬在石墨烯及磷烯表面吸附和遷移行為的第一性原理研究.pdf

1、鋰離子電池是目前最具發(fā)展前景的儲(chǔ)能器件。鋰離子電池常用的正極材料是鋰的層狀金屬氧化物，但鋰在自然界中儲(chǔ)量有限；鋰離子電池常用的負(fù)極材料是石墨，但石墨的理論比容量偏低，僅為372 mAh/g。這些都限制了鋰離子電池的進(jìn)一步發(fā)展。
　　與鋰同族的鈉和鉀在自然界中儲(chǔ)量豐富，并且與鋰具有相似的性質(zhì)，鈉離子電池和鉀離子電池具有比鋰離子電池更優(yōu)越的性能。石墨烯和磷烯都具有優(yōu)異的儲(chǔ)鋰能力，石墨烯的比容量可達(dá)540 mAh/g，磷烯的比容量可達(dá)1

2、300 mAh/g。石墨烯和磷烯的內(nèi)阻較高，硝酸處理可以降低石墨烯和磷烯的內(nèi)阻，提高電池的循環(huán)壽命。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理方法，考察了 Li、Na、K原子在石墨烯和磷烯表面的吸附性質(zhì)、遷移行為及電學(xué)性質(zhì)，研究了硝酸摻雜對(duì) Li石墨烯體系和 Li磷烯體系的影響。主要得出以下結(jié)論：
　　1.堿金屬石墨烯體系及堿金屬磷烯體系都具有一定的離子性。吸附過(guò)程中，電子由堿金屬原子轉(zhuǎn)移到石墨烯及磷烯表面。堿金屬磷烯體系比堿金屬石墨烯

3、體系穩(wěn)定。Li→Na→K，隨著原子序數(shù)的增大，體系的離子性逐漸增強(qiáng)，堿金屬原子在石墨烯及磷烯表面的遷移激活能逐漸降低。以石墨烯及磷烯為負(fù)極材料的電池功率密度均為鋰離子電池鈉離子電池鉀離子電池。堿金屬原子在磷烯表面的遷移激活能小于堿金屬原子在石墨烯表面的遷移激活能，以磷烯為負(fù)極材料的電池的功率密度高于以石墨烯為負(fù)極材料的電池的功率密度。
　　2.硝酸處理使得 Li石墨烯體系及 Li磷烯體系更加穩(wěn)定。Li硝酸磷烯體系比Li硝酸石墨烯體