理論研究S、N摻雜石墨烯在鋰（鈉）離子電池電極材料中的應用.pdf

1、儲能設備的性能是可再生能源利用的關鍵因素之一，而目前運用最廣泛的移動儲能設備——鋰電池——電極材料性能已經(jīng)發(fā)揮到了極致，新一代高性能儲能鋰電池電極材料亟待開發(fā)。另一方面，鈉具有和鋰元素相似的電化學性質，且價格低廉、儲量豐富，是一種潛在的金屬離子電池材料。因此，為了尋找更多具有優(yōu)良性能的電池電極材料，本論文從理論上探索了部分摻雜石墨烯結構在鋰（鈉）離子電池中的應用。論文首先簡單介紹了新能源材料、鋰（鈉）離子電池的發(fā)展以及石墨烯在儲能領域的

2、應用;然后對材料計算模擬的發(fā)展、理論基礎和部分軟件進行了說明;最后采用密度泛函理論(DFT)計算，研究了S摻雜石墨烯對Li原子的吸附存儲;探索了N摻雜石墨烯對Na原子吸附存儲，并分析了其在新型Na-S電池電極中的潛在應用。主要研究成果分為下面三個部分:
　　(1)構建了S摻雜石墨烯結構，并對其進行幾何優(yōu)化。研究了S摻雜對石墨烯的結構及性能的影響和Li原子在石墨烯和S摻雜石墨烯(Sd1、Sd2、Sd3)結構上的存儲機理。結果表明S摻

3、雜可提高石墨烯的導電性，改善了石墨烯的電化學活性，有利于提高Li原子在石墨烯片層中的吸附容量，其中Sd2結構可以穩(wěn)定吸附7個Li原子，而含氧的Sd3結構至少可以穩(wěn)定吸附8個Li原子。
　　(2)構建了N摻雜石墨烯結構，并對其進行了幾何優(yōu)化。研究了Na原子在石墨烯和N摻雜石墨烯（GG、PIG和PRG）結構上的存儲機理。從計算結果中得知N摻雜引入的缺陷結構有利于Na原子存儲，6個Na原子可以被穩(wěn)定吸附在N摻雜石墨烯PIG和PRG結構中