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atk:li-air电池界面

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atk:li-air电池界面 [2017/06/08 15:04] – [参考文献] fermiatk:li-air电池界面 [2018/03/20 22:20] (当前版本) – liu.jun
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-锂离子电池是当前绝大部分电子产品和电动汽车使用最广泛的电池，但也有造价高、充电慢、能量密度低等缺点。Li-air电池由于它等高储能容量从而可能替代传统锂离子电池，逐渐受到关注。但要提高其竞争力，还有待大量的研究工作。尤其是在界面处会发生各种复杂的化学和电化学副反应。如果使用碳酸盐电解质的话，<chem>Li2O2</chem>就会在电极产生<chem>Li2CO3</chem>，所以<chem>Li2O2/Li2CO3</chem>界面实际上非常重要。本文中，将使用 VNL 创建 <chem>Li2O2</chem>/<chem>Li2CO3</chem> 界面，并使用 ATK 研究它的电子特性。结果可以与文献对比<sup>[1]</sup>。+锂离子电池是当前绝大部分电子产品和电动汽车使用最广泛的电池，但也有造价高、充电慢、能量密度低等缺点。Li-air电池由于它等高储能容量从而可能替代传统锂离子电池，逐渐受到关注。但要提高其竞争力，还有待大量的研究工作。尤其是在界面处会发生各种复杂的化学和电化学副反应。如果使用碳酸盐电解质的话，<chem>Li2O2</chem>就会在电极产生<chem>Li2CO3</chem>，所以<chem>Li2O2/Li2CO3</chem>界面实际上非常重要。本文中，将使用 VNL 创建 <chem>Li2O2</chem>/<chem>Li2CO3</chem> 界面，并使用 QuantumATK 研究它的电子特性。结果可以与文献对比<sup>[1]</sup>。
  
 本文将包含如下内容： 本文将包含如下内容：
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 ====晶体结构==== ====晶体结构====
-  * 打开**Builder**并使用Add ‣ From Database，将<chem>Li2O2</chem>结构添加到**Stash**。+  * 打开 **Builder** 并使用 Add ‣ From Database，将 <chem>Li2O2</chem> 结构添加到 **Stash**。
  
 <WRAP center box 60%> <WRAP center box 60%>
 === 提示 === === 提示 ===
-可以使用Bulk Tools ‣ Crystal Symmetry Info插件看到对应的空间群，例如：+可以使用 Bulk Tools ‣ Crystal Symmetry Info 插件看到对应的空间群，例如：
  
 {{ :atk:symmetry_info.png?250 |}} {{ :atk:symmetry_info.png?250 |}}
 </WRAP> </WRAP>
  
-  * 可以运行本例中的示例脚本[[http://docs.quantumwise.com/_downloads/Li2O2_opt.py|Li2O2_opt.py]]来优化晶格参数。在本例中，将参照文献<sup>[1]</sup>使用GGA-PBE交换相关势。+  * 可以运行本例中的示例脚本{{ :atk:li2o2_opt.zip |Li2O2_opt.py}}来优化晶格参数。在本例中，将参照文献<sup>[1]</sup>使用 GGA-PBE 交换相关势。
  
 ====切割表面==== ====切割表面====
行 33: 行 33:
 ====零偏压下电子结构 ==== ====零偏压下电子结构 ====
  
-在 [[http://docs.quantumwise.com/_downloads/Li2O2_opt.py|Li2O2_opt.py]] 脚本中，加入了几个分析，例如{{:atk:labfloor_transmissionspectrum.png?40}}, //TransmissionSpectrum//。计算完成之后，可以在 LabFloor 中找到。+在 {{ :atk:li2o2_opt.zip |Li2O2_opt.py}} 脚本中，加入了几个分析，例如{{:atk:labfloor_transmissionspectrum.png?40}}, //TransmissionSpectrum//。计算完成之后，可以在 LabFloor 中找到。
  
 {{ :atk:li2o2_bulk_transmission.png?550 }} {{ :atk:li2o2_bulk_transmission.png?550 }}
行 43: 行 43:
 === 注意 === === 注意 ===
  
-可以参考[[http://quantumwise.com/publications/tutorials/item/505-transmission-spectrum-of-perfect-sheets-of-graphene-and-mos2|Transmission spectrum of perfect sheets of graphene and MoS2]]设置无缺陷的周期性体系的透射谱分析。+可以参考【[[atk:完美石墨烯和二硫化钼片层的透射谱|完美石墨烯和二硫化钼片层的透射谱]]】设置无缺陷的周期性体系的透射谱分析。
 </WRAP> </WRAP>
  
行 50: 行 50:
 ====晶体结构==== ====晶体结构====
  
-VNL 中内置的数据库没有 <chem>Li2CO3</chem> 的晶体结构，可以从其它数据库（例如，[[http://www.crystallography.net/|Crystallography Open Database]]）下载晶体结构（一般是CIF文件），VNL 支持[[atk:vnl的结构数据库功能|直接在线检索COD数据库]]，并导入结构。导入XYZ、CIF、CAR、VASP文件，请参考[[atk:导入_导出结构文件|VNL相关教程]]。+VNL 中内置的数据库没有 <chem>Li2CO3</chem> 的晶体结构，可以从其它数据库（例如，[[http://www.crystallography.net/|Crystallography Open Database]]）下载晶体结构（一般是CIF文件）。导入XYZ、CIF、CAR、VASP文件，请参考[[atk:导入_导出结构文件|VNL相关教程]]。 
 + 
 +<WRAP center box 100%> 
 + 
 +=== 提示 === 
 + 
 +VNL 支持直接在线检索Crystallography Open Database、Materials Project 等数据库并导入结构，详见【[[atk:vnl的结构数据库功能]]】。 
 +</WRAP>
  
 {{ :atk:li2co3_from_cif.png?550 }} {{ :atk:li2co3_from_cif.png?550 }}
行 56: 行 63:
 让 <chem>Li2CO3</chem> 与 <chem>Li2O2</chem> 对接的时候，需要使用大一些大晶胞，这样晶格错配会小一些。这是因为<chem>CO3</chem>平面在//C2/c//空间群有一些偏离晶轴。本文中，将会使用修改过的空间群为//Cm//的<chem>Li2CO3</chem>结构，这样<chem>CO3</chem>平面就与（011）平面垂直。文献<sup>[1]</sup>中使用的也是这个结构。 让 <chem>Li2CO3</chem> 与 <chem>Li2O2</chem> 对接的时候，需要使用大一些大晶胞，这样晶格错配会小一些。这是因为<chem>CO3</chem>平面在//C2/c//空间群有一些偏离晶轴。本文中，将会使用修改过的空间群为//Cm//的<chem>Li2CO3</chem>结构，这样<chem>CO3</chem>平面就与（011）平面垂直。文献<sup>[1]</sup>中使用的也是这个结构。
  
-下载[[http://docs.quantumwise.com/_downloads/Li2CO3.py|Li2CO3.py]]脚本，并导入结构到 **Builder** 进行分析。+下载 {{ :atk:li2co3.zip |Li2CO3.py}} 脚本，并导入结构到 **Builder** 进行分析。
  
 {{ :atk:li2co3_yedilfana_structure.png?550 }} {{ :atk:li2co3_yedilfana_structure.png?550 }}
行 79: 行 86:
 {{ :atk:device_from_bulk_Li-air.png?500 }} {{ :atk:device_from_bulk_Li-air.png?500 }}
  
-可以下载结构：[[http://docs.quantumwise.com/_downloads/device_configuration_initial.py|device_configuration_initial.py]]。注意在最后一个结构中，<chem>Li2CO3</chem>一侧微微地向<chem>Li2O2</chem>一侧移动，从而允许适当弛豫。+可以下载结构：{{ :atk:device_configuration_initial.zip |device_configuration_initial.py}}。注意在最后一个结构中，<chem>Li2CO3</chem>一侧微微地向<chem>Li2O2</chem>一侧移动，从而允许适当弛豫。
 ====优化界面结构==== ====优化界面结构====
  
-教程[[atk:如何弛豫器件体系的几何结构|]]中介绍了如何优化器件结构。主要步骤如下：+教程【[[atk:如何弛豫器件体系的几何结构|]]】中介绍了如何优化器件结构。主要步骤如下：
  
   * 使用Tools ‣ Tags标记电极扩展区域。选中电极上的原子时，扩展区域自动被选中。   * 使用Tools ‣ Tags标记电极扩展区域。选中电极上的原子时，扩展区域自动被选中。
行 97: 行 104:
 {{ :atk:rigid_body1.png?500 }} {{ :atk:rigid_body1.png?500 }}
  
-  * 设置结构优化计算，对 <chem>Li2O2</chem> 标记过的区域使用 //rigid// 进行限制，并对 <chem>Li2CO3</chem> 标记过的区域使用 //fixed// 进行限制。您也可以直接下载对应的脚本：[[http://docs.quantumwise.com/_downloads/interface_bulk_opt.py|interface_bulk_opt.py]]+  * 设置结构优化计算，对 <chem>Li2O2</chem> 标记过的区域使用 //rigid// 进行限制，并对 <chem>Li2CO3</chem> 标记过的区域使用 //fixed// 进行限制。您也可以直接下载对应的脚本：{{ :atk:interface_bulk_opt.zip |interface_bulk_opt.py}}。
   * 最后，体相的界面结构优化完毕之后，将优化好的结构导入到 **Builder** 中，并如上一节所示，重新创建器件结构（Device from Bulk）。   * 最后，体相的界面结构优化完毕之后，将优化好的结构导入到 **Builder** 中，并如上一节所示，重新创建器件结构（Device from Bulk）。
  
 ====电子结构==== ====电子结构====
  
-将器件结构从 **Stash** 送入 **Scripter** 中，并设置新的器件计算，使用 GGA-RPBE 交换相关势以及 7x15x200 k点取样。其它参数可以全部使用默认值。整个脚本：[[http://docs.quantumwise.com/_downloads/device_interface.py|device_interface.py]]+将器件结构从 **Stash** 送入 **Scripter** 中，并设置新的器件计算，使用 GGA-RPBE 交换相关势以及 7x15x200 k点取样。其它参数可以全部使用默认值。整个脚本：{{ :atk:device_interface.zip |device_interface.py}}。
  
 您可以在脚本中添加各种分析，来研究电子结构和输运性质的更多细节。例如下图是投影器件态密度分析。可以看到左边的 <chem>Li2CO3</chem>，带隙比 <chem>Li2O2</chem> 要大很多。因此可以推断电子电导很低，这和文献<sup>[1]</sup>中是一致的。 您可以在脚本中添加各种分析，来研究电子结构和输运性质的更多细节。例如下图是投影器件态密度分析。可以看到左边的 <chem>Li2CO3</chem>，带隙比 <chem>Li2O2</chem> 要大很多。因此可以推断电子电导很低，这和文献<sup>[1]</sup>中是一致的。
 +
 +{{ :atk:device_pddos.png?600 |}}
  
 <WRAP center box 100%> <WRAP center box 100%>
 === 提示 === === 提示 ===
-您还可以参考[[atk:电池材料lifepo4中锂离子的扩散]]的方法，研究一下 Li 在 <chem>Li2O2</chem> 和 <chem>Li2CO3</chem> 晶体中的扩散过程。+您还可以参考【[[atk:电池材料lifepo4中锂离子的扩散]]】的方法，研究一下 Li 在 <chem>Li2O2</chem> 和 <chem>Li2CO3</chem> 晶体中的扩散过程。
 </WRAP> </WRAP>
  
 =====参考文献===== =====参考文献=====
  
-[1] Yedilfana S. Mekonnen, Juan M. Garcia-Lastra, Jens S. Hummelshøj, Chengjun Jin, and Tejs Vegge. Role of li2o2-li2co3 interfaces on charge transport in nonaqueous li–air batteries. The Journal of Physical Chemistry C, 119(32):18066–18073, 2015. doi:10.1021/acs.jpcc.5b04432. +  - Yedilfana S. Mekonnen, Juan M. Garcia-Lastra, Jens S. Hummelshøj, Chengjun Jin, and Tejs Vegge. Role of li2o2-li2co3 interfaces on charge transport in nonaqueous li–air batteries. The Journal of Physical Chemistry C, 119(32):18066–18073, 2015. [[http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b04432|doi:10.1021/acs.jpcc.5b04432]]. 
- +  - 英文教程：[[http://docs.quantumwise.com/tutorials/li_air_battery_interface/li_air_battery_interface.html|链接]]。
-[2] 英文教程：[[http://docs.quantumwise.com/tutorials/li_air_battery_interface/li_air_battery_interface.html|链接]]。+
atk/li-air电池界面.1496905476.txt.gz · 最后更改: 2017/06/08 15:04 由 fermi

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