Li 掺杂对 MgH$_2$ 中 H 扩散的影响：一项第一性原理研究

利用第一性原理计算研究了 MgH$_2$ 中 Li 掺杂对 H 扩散过程的影响。我们确定了两个关键效应：(1) $+1$ 电荷态的 H 空位浓度 (V$_H^{+1}$) 在 Li 掺杂后可增加几个数量级，从而显著提高了空位介导的 H 扩散速率。这是由取代位 Li 的优选电荷态（$-1$ 态，Li$_{Mg}^{-1}$）和间隙位 Li 的优选电荷态（$+1$ 态，Li$_i^{+1}$）引起的，它们间接地将 V$_H^{+1}$ 的形成能降低了高达 0.39 eV，具体取决于费米能级的位置。(2) 发现 V$_H^{+1}$ 与 Li$_{Mg}^{-1}$ 之间的相互作用具有吸引力，结合能为 0.55 eV，这在高 Li 掺杂浓度下将 V$_H^{+1}$ 固定在 Li$_{Mg}^{-1}$ 附近。因此，这两种效应之间的竞争导致在低 Li 掺杂浓度下，由于 H 空位浓度的增加，H 扩散得到大幅增强；而在高 Li 浓度下，由于过多的 Li 固定了 H 空位，增强效果有限。