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| atk:li-air电池界面 [2017/06/08 15:17] – [零偏压下电子结构] fermi | atk: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>。 |
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| 本文将包含如下内容： | 本文将包含如下内容： |
| === 注意 === | === 注意 === |
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| 可以参考【[[atk: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。 | 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> |
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| ====晶体结构==== | ====晶体结构==== |
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| 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]]。 |
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| | === 提示 === |
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| | 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]]】。 |
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| {{ :atk:li2co3_from_cif.png?550 }} | {{ :atk:li2co3_from_cif.png?550 }} |
| 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。 |
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| 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。 |
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| {{ :atk:li2co3_yedilfana_structure.png?550 }} | {{ :atk:li2co3_yedilfana_structure.png?550 }} |
| {{ :atk:device_from_bulk_Li-air.png?500 }} | {{ :atk:device_from_bulk_Li-air.png?500 }} |
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| 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==== |
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| 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： |
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| * 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。 |
| {{ :atk:rigid_body1.png?500 }} | {{ :atk:rigid_body1.png?500 }} |
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| * 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）。 |
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| ====电子结构==== | ====电子结构==== |
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| 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}}。 |
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| 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。 |
| <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。 |
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