Evolutionary structure prediction-assisted design of anode materials for Ca-ion battery based on phosphorene

文献情報

出版日 2021-03-24
DOI 10.1039/D1CP00094B
インパクトファクター 3.676
著者

Chandra Chowdhury, Pranab Gain, Ayan Datta


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要旨

The utilization of multivalent ions such as Ca(II), Mg(II), and Al(III) in energy storage devices opens up new opportunities to store energy density in a more efficient manner rather than monovalent Li or Na ion batteries. Active research on Ca(II) has been limited due to the low diffusion rate of Ca within the lattice as well as the difficulty of the reversible electrodeposition of Ca in standard electrolytes at room temperature. Herein, using first-principles calculations, we have studied the applications of various allotropes of phosphorene (Pn) as potential materials for Ca(II) battery (CIB). It is seen that among different forms, α and δ phases are suitable to act as anode materials for Ca ion battery. Apart from this, we have also studied the possible formation of various CaxPy phases during the calcination process since it is assumed that during metal insertion and extraction, anodes form non-equilibrium structures. Evolutionary Structure Prediction methods are extensively utilized to determine if the formation of these different CaxPy phases have a significant impact on the anodic performances of Pn or not. It is found that the CaxPy phases formed during the calcination process show reasonable average voltages as well as low volume change and high specific capacity, thus confirming the suitability of Pn as an excellent support for anodes in the Ca(II) ion battery.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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