ChemSusChem:新型二维单硫属化物γ-GeSe:有潜力的锂离子电池负极材料

  • A+

澳门大学应用物理与材料工程研究院蔡永青团队在ChemSusChem期刊发文对一种新型单硫属化物(γ-GeSe)的锂电池应用前景进行了探讨,文章系统讨论了二维γ-GeSe作为负极材料以及锂离子剥离GeSe的潜力,为γ型单硫属化物未来的应用研究提供了思路。

21

可充电锂离子电池是便携式电子设备、电动车的重要组成部分,在人们的日常生活中扮演着重要的作用。电极材料的选择是锂离子电池发挥电化学性能的关键因素之一,商用锂电池往往选择石墨作为负极材料来使用。负极材料与正极材料不同,需要有较低的充放电电压,而石墨电极的充放电电压即接近0 V,且石墨来源广泛,储量丰富。但石墨电极的缺点在于充放电速度慢、储锂能力低,因此人们一直在寻找能够替代石墨电极的负极材料。


澳门大学应用物理与材料工程研究院蔡永青团队通过第一性原理计算,对一种新型单硫属化物(γ-GeSe)的体相和二维相进行了系统的研究。此前研究表明,这一新型γ-GeSe材料具有与石墨类似的六方晶格,其具有新颖的电子结构性质:体相材料(呈现半金属性质)的电导率比石墨高,但是其单层结构为窄能隙的半导体,这一特殊性质预示了其在电子元器件中具有潜在的应用前景。特别是作为一种电导率比石墨还要高的层状材料,一个自然的问题就是其能否像石墨一样用作锂电池负极材料。在本研究中,计算结果显示,锂离子在二维γ-GeSe中的扩散壁垒(0.21 eV),约为体相γ-GeSe中的一半(0.52 eV),且拥有接近石墨电极的充放电电压(0.071-0.015 V),储电能力可达到530.36 mAh/g。在充放电过程中,材料本身可能受到应力和电场的影响,通过在计算过程中施加应力和电场,发现材料的体积、充放电电压以及扩散性能几乎没有改变,以上种种迹象表明二维γ-GeSe是一种有潜力的锂电池负极材料,同时锂离子扩散较低的活化能预示着可以采用锂离子来对γ-GeSe进行化学剥离制备单层GeSe材料。该项工作为新型的γ型单硫属化物MX(M=Ge,Sn,X=Se,S,Te)的应用研究抛砖引玉,有望促进γ-GeSe的研究和应用,进一步挖掘其在各个领域的应用潜能。

文信息

Fast Intercalation of Lithium in Semi-Metallic γ-GeSe Nanosheet: A New Group-IV Monochalcogenide for Lithium-Ion Battery Application

Zheng Shu, Xiangyue Cui, Bowen Wang, Hejin Yan, Prof. Yongqing Cai


ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202200564


weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论: