离子电池和储能材料研究案例集(一)

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磷酸铁锂中的锂离子扩散过程

磷酸铁锂(LiFePO4)是常用的电极材料。锂电池材料涉及复杂的材料结构、电子态性质和离子动力学过程。在 NanoLab 中,通过构建LiFePO4电极的结构,可以构造锂离子在其中扩散的路径,并使用 NEB 方法优化扩散路径。

NanoLab 中提供的工具还可以使用简谐过渡态理论(Harmonic Transition State Theory)求算扩散速率,详见实例教程。


锂电池材料的界面结构和电子态性质

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使用QuantumATK中独特的器件模型构建并研究Li2CO3/Li2O2界面

研究者也可以使用界面研究工具方便的构建并研究界面的几何结构、电子态性质,详见实例教程。文章【J. Phys. Chem. C 2015, 119, 18066−18073】研究了Li2O2、Li2CO3及其界面处的电子导电和离子空位的影响;离子迁移的能垒;极化子输运的能垒。


锂硫(Li-S)电池的开路电压

使用反应力场(ReaxFF)可以研究Li-S电池体系,模拟充放电过程。(参考:QuantumATK应用:材料动力学


复杂晶界(界面)的性质

文章【J. Phys. Chem. C 123, 10237–10245 (2019)】研究了固体电解质晶界的锂离子扩散机制,其中QuantumATK提供的界面建模工具已经被广泛的用于各种晶界、界面的建模。最新版本的QuantumATK整合了包含PAW方法、CI-NEB在内的各种模拟手段,可以进行文中全部的研究,无需再使用其他程序。


模拟非零温度、电场下的锂离子扩散(DFT+Forcefield混合分子动力学)

QuantumATK具有更灵活的程序框架,可以综合使用DFT和ForceField来研究离子扩散动力学。DFT自洽计算的引入可以补偿离子在扩散过程中的电荷变化,更好的反映电场下的扩散过程。


InSe作为电极

InSe具有二维层状结构和高电子电导率,可以作为锂电池电极候选材料。文章详细的研究了锂离子在硒化铟中的插层、二维表面的吸附能量,锂吸附对材料电子态的影响,并用CI-NEB方法研究了锂离子在不同位点间的迁移。


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