解释预嵌锂硅纳米线体积膨胀的密度泛函理论分析
材料科学
2024-02-09 v2
摘要
本研究是一项理论模拟研究，模拟了预嵌锂硅纳米线在锂离子嵌入及施加电流过程中的体积膨胀。利用密度泛函理论（DFT），将预嵌锂硅（Li_xSi）的基态能量 E_g (x) 定义为锂离子（Li+）浓度 (x) 的函数。随着 Li+ 的增加，E_g (x) 在 x=1.00 至 x=2.415 期间变得越来越稳定；当锂离子浓度 x >2.415 时，其稳定性降低，直到硅纳米线在 x=3.75 时完全嵌锂。在确定嵌锂硅的基态能量后，在不同 Li+ 浓度 x 下对嵌锂硅纳米线施加电流。研究发现，体积膨胀约在 x=3.25 时开始，并在 x=3.75 完全嵌锂时膨胀至原始硅纳米线体积的 300% 以上。这与未考虑基态能量的先前研究形成了鲜明对比。在以往的研究中，体积膨胀的计算约在 x=0.75 时开始，并产生持续的非线性体积膨胀，直至完全嵌锂时过程终止。
引用
@article{arxiv.2402.04511,
title = {Density Functional Theory Analysis that Explains the Volume Expansion in Prelithiated Silicon Nanowires},
author = {Donald C. Boone},
journal= {arXiv preprint arXiv:2402.04511},
year = {2024}
}