Novel high-performance anodic materials for lithium ion batteries: two-dimensional Sn–X (X = C, Si, and Ge) alloy monolayers

文献情報

出版日 2021-11-06
DOI 10.1039/D1CP04426E
インパクトファクター 3.676
著者

Yue Kuai, Shuli Gao, Ge Wu, Wen Chen, Liyuan Wu, Changcheng Chen


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要旨

Lithium-ion batteries (LIBs) have always been the focus of researchers for energy storage applications. Here, the first-principles density functional theory method was used to explore the possibility of using stanene derived structures as LIB anodes. And such two-dimensional structures are similar to graphene or stanene, but half of the Sn atoms are replaced by group-IV atoms to form new structures, which are called Sn–X (X = C, Si, and Ge). Our calculation results showed that the optimized structure, lattice constant and other parameters are consistent with those reported in previous studies. Meanwhile, we found out that the semiconductor properties of pristine Sn–X transform into metal properties after the adsorption of Li. Then, by calculating the adsorption concentration of Li ions on the Sn–X monolayers, we found that these kinds of materials can meet the requirements of battery anodes very well, not only in terms of their open-circuit voltage, but also storage capacity. For Sn–Si and Sn–Ge, their theoretical capacities can be as high as 1095.78 mA h g−1 (Li6Sn–Si) and 840.88 mA h g−1 (Li6Sn–Ge). At last, based on the investigation of their diffusion path, Sn–X has been found to have high charge and discharge rates because of its low barrier. By reason of the foregoing, 2D Sn–X monolayers will be excellent battery anodes.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

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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