本文主要研究内容
作者蒋冠众（2019）在《镁基复杂氢化物作为转换反应型储锂材料的第一性原理设计》一文中研究指出：随着环境的变化与化石燃料的消耗,当今社会对于绿色能源的需求越来越大。能源问题引起了世界范围内专家学者的关注,寻找新的绿色能源已经成为当今世界的重要问题之一。近年来,太阳能、风能等可再生能源的研究取得了快速的发展,而新能源从诞生到广泛应用往往需要一个漫长的周期。在这个漫长的时期内,相应的先进能量存储技术显得尤为重要。锂离子电池技术即是其中的代表之一。发展至今,传统的嵌入式电极反应机制在一定程度上限制了储锂材料的进一步发展。随着Oumellal等人实验首次发现MgH2等新型转换反应型锂离子电池储锂材料,具有更丰富化学键种类及潜在掺杂效应的复杂氢化物(相比简单氢化物而言)日益受到关注。在本文中,基于第一性原理方法,我们首次针对镁基复杂氢化物作为转换反应型储锂材料进行了计算筛选及设计,在材料基因组新兴范式的背景下力图为该领域的实验研究者提供深入的指导和设计依据。本文主要研究内容如下:(1)Mg2NiH4及其掺杂体系作为转换反应型储锂材料的第一性原理设计首先计算了不同掺杂元素(Li、Na、Al、Si、K、Ca、Ti、Mn、Fe、Co)分别在四个掺杂位点的形成能,根据形成能的大小来判定每种掺杂元素最适合的掺杂位点。选取出每种元素最合适的掺杂体系,计算并比较这些体系的储锂电化学性能。根据不同体系的电化学性能,选取出了四种金属元素作为最合适的掺杂剂,并对这四种掺杂体系进行了电子结构计算。根据体系的电子结构和电化学性质,发现Li原子掺杂的Mg2NiH4体系是最优的掺杂体系。Li原子掺杂的Mg2NiH4具有比初始体系更小的电子带隙,同时具有975.35mAh·g-1的比容量和0.437 V的半电压(锂作为参比电极)。除此之外,还对纯Mg2NiH4以及Li原子掺杂的Mg2NiH4体系分别进行了基于第一性原理的分子动力学计算。发现Li原子的掺杂可明显改善锂离子在电极材料中的扩散行为。尤其是在300K时,电极材料中Li离子的扩散系数增大。这对于电极材料倍率特性的改善将具有重要意义。(2)Mg(AIH4)2及其掺杂体系作为转换反应型储锂材料的原子尺度设计根据对Mg(AlH4)2体系电子结构的计算可以得出,Mg(AlH4)2体系中有Mg原子位置和A1原子位置两个掺杂位点。为了合理的控制掺杂浓度,将Mg(AlH4)2晶胞扩展为2×2×2的超胞。根据Mg(AlH4)2体系中不同元素的性质选取Li、B、C、Na、Si、K、Ca共7种不同的掺杂元素分别对Mg(AlH4)2体系的两个掺杂位点进行掺杂。分别计算了 15种体系的形成能,根据形成能确定了每种掺杂原子的热力学稳定结构。通过比较这些体系的比容量、带隙、半电压等储锂电化学性质,确定了Li、Na、K三种原子替换Mg原子位置时,对于提高Mg(AlH4)2体系的电化学性质具有良好的效果。这三种掺杂剂都可减小体系的带隙、半电压和体积变化率。在此基础上,深入分析了这三种掺杂体系的电子结构,确定这三种掺杂原子对体系性能提高的原因。
Abstract
sui zhao huan jing de bian hua yu hua dan ran liao de xiao hao ,dang jin she hui dui yu lu se neng yuan de xu qiu yue lai yue da 。neng yuan wen ti yin qi le shi jie fan wei nei zhuan jia xue zhe de guan zhu ,xun zhao xin de lu se neng yuan yi jing cheng wei dang jin shi jie de chong yao wen ti zhi yi 。jin nian lai ,tai yang neng 、feng neng deng ke zai sheng neng yuan de yan jiu qu de le kuai su de fa zhan ,er xin neng yuan cong dan sheng dao an fan ying yong wang wang xu yao yi ge man chang de zhou ji 。zai zhe ge man chang de shi ji nei ,xiang ying de xian jin neng liang cun chu ji shu xian de you wei chong yao 。li li zi dian chi ji shu ji shi ji zhong de dai biao zhi yi 。fa zhan zhi jin ,chuan tong de qian ru shi dian ji fan ying ji zhi zai yi ding cheng du shang xian zhi le chu li cai liao de jin yi bu fa zhan 。sui zhao Oumellaldeng ren shi yan shou ci fa xian MgH2deng xin xing zhuai huan fan ying xing li li zi dian chi chu li cai liao ,ju you geng feng fu hua xue jian chong lei ji qian zai can za xiao ying de fu za qing hua wu (xiang bi jian chan qing hua wu er yan )ri yi shou dao guan zhu 。zai ben wen zhong ,ji yu di yi xing yuan li fang fa ,wo men shou ci zhen dui mei ji fu za qing hua wu zuo wei zhuai huan fan ying xing chu li cai liao jin hang le ji suan shai shua ji she ji ,zai cai liao ji yin zu xin xing fan shi de bei jing xia li tu wei gai ling yu de shi yan yan jiu zhe di gong shen ru de zhi dao he she ji yi ju 。ben wen zhu yao yan jiu nei rong ru xia :(1)Mg2NiH4ji ji can za ti ji zuo wei zhuai huan fan ying xing chu li cai liao de di yi xing yuan li she ji shou xian ji suan le bu tong can za yuan su (Li、Na、Al、Si、K、Ca、Ti、Mn、Fe、Co)fen bie zai si ge can za wei dian de xing cheng neng ,gen ju xing cheng neng de da xiao lai pan ding mei chong can za yuan su zui kuo ge de can za wei dian 。shua qu chu mei chong yuan su zui ge kuo de can za ti ji ,ji suan bing bi jiao zhe xie ti ji de chu li dian hua xue xing neng 。gen ju bu tong ti ji de dian hua xue xing neng ,shua qu chu le si chong jin shu yuan su zuo wei zui ge kuo de can za ji ,bing dui zhe si chong can za ti ji jin hang le dian zi jie gou ji suan 。gen ju ti ji de dian zi jie gou he dian hua xue xing zhi ,fa xian Liyuan zi can za de Mg2NiH4ti ji shi zui you de can za ti ji 。Liyuan zi can za de Mg2NiH4ju you bi chu shi ti ji geng xiao de dian zi dai xi ,tong shi ju you 975.35mAh·g-1de bi rong liang he 0.437 Vde ban dian ya (li zuo wei can bi dian ji )。chu ci zhi wai ,hai dui chun Mg2NiH4yi ji Liyuan zi can za de Mg2NiH4ti ji fen bie jin hang le ji yu di yi xing yuan li de fen zi dong li xue ji suan 。fa xian Liyuan zi de can za ke ming xian gai shan li li zi zai dian ji cai liao zhong de kuo san hang wei 。you ji shi zai 300Kshi ,dian ji cai liao zhong Lili zi de kuo san ji shu zeng da 。zhe dui yu dian ji cai liao bei lv te xing de gai shan jiang ju you chong yao yi yi 。(2)Mg(AIH4)2ji ji can za ti ji zuo wei zhuai huan fan ying xing chu li cai liao de yuan zi che du she ji gen ju dui Mg(AlH4)2ti ji dian zi jie gou de ji suan ke yi de chu ,Mg(AlH4)2ti ji zhong you Mgyuan zi wei zhi he A1yuan zi wei zhi liang ge can za wei dian 。wei le ge li de kong zhi can za nong du ,jiang Mg(AlH4)2jing bao kuo zhan wei 2×2×2de chao bao 。gen ju Mg(AlH4)2ti ji zhong bu tong yuan su de xing zhi shua qu Li、B、C、Na、Si、K、Cagong 7chong bu tong de can za yuan su fen bie dui Mg(AlH4)2ti ji de liang ge can za wei dian jin hang can za 。fen bie ji suan le 15chong ti ji de xing cheng neng ,gen ju xing cheng neng que ding le mei chong can za yuan zi de re li xue wen ding jie gou 。tong guo bi jiao zhe xie ti ji de bi rong liang 、dai xi 、ban dian ya deng chu li dian hua xue xing zhi ,que ding le Li、Na、Ksan chong yuan zi ti huan Mgyuan zi wei zhi shi ,dui yu di gao Mg(AlH4)2ti ji de dian hua xue xing zhi ju you liang hao de xiao guo 。zhe san chong can za ji dou ke jian xiao ti ji de dai xi 、ban dian ya he ti ji bian hua lv 。zai ci ji chu shang ,shen ru fen xi le zhe san chong can za ti ji de dian zi jie gou ,que ding zhe san chong can za yuan zi dui ti ji xing neng di gao de yuan yin 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自山东大学的蒋冠众，发表于刊物山东大学2019-07-16论文，是一篇关于镁基复杂氢化物论文,储锂论文,转换反应论文,第一性原理材料设计论文,山东大学2019-07-16论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自山东大学2019-07-16论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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