锂离子电池安全性：类石墨烯碳化硅层原理研究

科学讲座4（2022）100075潜在安全锂离子电池负极用类石墨烯碳化硅层的初步原理研究Nura Ibrahima，b，Rawal Mohammedb，Ridwan Ahmedaa非洲科技大学，阿布贾681，尼日利亚bAhmadu Bello大学物理系，Zaria 2555，尼日利亚自动清洁装置保留字：密度泛函理论（DFT）锂离子电池类石墨烯SiC阳极A B标准使用碳作为锂离子电池的阳极材料所带来的持续安全挑战是其用于储能应用的重大挫折，除非找到合适的替代品 本文采用密度泛函理论（DFT）研究了类石墨烯碳化硅（SiC）的结构、电子和电化学性质。结果表明，SiC是一种间接带隙半导体，其带隙能量为2.35eV。还观察到Li在SiC上的强吸附，在完全锂化后从半导体相转变为金属相SiC在吸附原子后也保持其结构，表明良好的循环稳定性。开路电压的计算值为1.5 eV，与TiO 2的开路电压相当。在此值下，应避免金属锂沉积、枝晶形成和固体电解质界面形成导致电池短路等电池在最大浓度下的理论容量为122mAhg−1，与其他二维（2D）材料相当。这些发现表明石墨烯类SiC层作为锂离子电池的潜在安全阳极本文的视频可以在j.sctalk.2022.100075上找到。https://doi.org/10.1016/通讯作者：Ahmadu Bello大学物理系，Zaria 2555，尼日利亚。电子邮件地址：nuraibrahim@abu.edu.ng（N. Ibrahim）。h tt p：//dx. 多岛或g/10。1016/j。我的天啊。20 22. 10 0 07 5接收日期2022年8月28日接受日期2022年9月23日27 7 2 - 56 93/©2022TheA ut hors. 由E lsevierL td提供。 这是CCBY许可证下的一项操作（http：//creaitivecommons.com/）。或g/li ce ns s/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表科学讲座杂志首页：www.elsevier.es/sctalkN. Ibrahim等人科学讲座4（2022）1000752图和表图1.一、石墨烯状SiC层;（a）前视图，（b）侧视图。图二、类石墨烯SiC层的电子结构：（a）能带结构（c）态密度。表1计算了类石墨烯SiC的结构参数晶格参数（ε）键长（mm）键角（0）平面间距离（mm）带隙能量（eV）我们的计算3.091.90111.00.72.35别人3.10a、3.07b1.78c，1.77b120.0b–2.57a、2.52baLan et al.[3]，b.[1]，c Peyghan和Moradi [2]。N. Ibrahim等人科学讲座4（2022）1000753图3.第三章。吸附有Li（s）的SiC的优化结构;（a）和（b）：在不同位置吸附有一个Li的SiC，（c）和（d）：在不同位置吸附有两个Li的SiC，（e）和（f）：在不同位置吸附有三个Li的SiC。图四、具有吸附在不同位置的四个Li的SiC（完全锂化）。N. Ibrahim等人科学讲座4（2022）1000754图五、SiC的能带结构：（a）原始SiC和（b）表面吸附有Li的SiC。图六、能量与Li吸附原子浓度。图7.第一次会议。SiC的开路电压（OCV）曲线。N. Ibrahim等人科学讲座4（2022）1000755CRediT作者贡献声明Nura Ibrahim：概念化，数据策展，可视化，写作-原始草稿。 LawalMohammed：监督，写作-评论&编辑。Ridwan Ahmed：验证，写作-审查编辑。&确认这项工作得到了非洲科技大学（AUST）和非洲开发银行的支持。计算资源由意大利博洛尼亚的CINECA提供。努拉易卜拉欣承认教授的支持。 Stefano de-gironcoli，SISSA，Omololu Akin Ojo，理论与应用物理系，AUST和Abdulhakeem Bello，材料科学系，AUST。竞合利益声明作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作。引用[1] H. Kahin等人，第四族元素和III-V族二元化合物的单层蜂窝结构：第一性原理计算，物理评论B 80（15）（2009），155453。[2]A.A. Peyghan，M. 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Ibrahim等人科学讲座4（2022）1000756Ridwan Ahmed目前是一名博士。美国伍斯特理工学院（WPI）机 械 工 程 系 （ 材 料 他 拥 有 尼 日 利 亚 阿 布 贾 非 洲 科 技 大 学（AUST）（2017年）和沙特阿拉伯达荷美法赫德国王石油和矿产大学（KFUPM）（2019年）的两个材料科学和工程硕士学位他还拥有尼日利亚扎里亚的Ahmadu Bello大学的物理学学士学位（2014年）。获得学士学位后，他在尼日利亚扎 里亚的Ahmadu Bello大学物理系担任兼职研究生助理（2015-2016）。他还曾担任KFUPM物理系的物理实验室讲师，沙特阿拉伯（ 2018- 2019） 。 在 加 入 WPI 攻 读 博 士 学 位 之 前 ， 程 序 ，Ridwan是沙特阿拉伯图瓦尔阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）实习生（2019年）。Ridwan是博茨瓦纳Gabo- rone的非洲材料研究学会（AMRS）的成员Ridwan的研究重点是结合计算建模和实验来研究能源应用材料的结构和性能这些包括固态电池的制造和表征;太阳能电池和热电。