P3型层状氧化物作为钾离子电池正极材料的评估
材料科学
2024-06-21 v1
摘要
鉴于日益增长的储能需求以及锂自然资源的有限性，钾离子电池（KIBs）因其天然丰度高、化学性质相似且能量密度相近，有望成为有前景的下一代电池体系。在此，我们利用密度泛函理论计算研究了P3型KTMO（其中TM = Ti、V、Cr、Mn、Co或Ni）体系，作为钾离子电池潜在的嵌入正极（或正极）材料。具体而言，我们确定了基态构型，并计算了所有P3-KTMO组分及其对应的脱钾P3-TMO骨架的平均拓扑电压、电子结构、局域磁矩和热力学稳定性。我们发现，在所考虑的所有P3结构中，无论TM为何，K在每个K层内均采取蜂窝状或锯齿状构型。在电压方面，我们发现Co基和Ti基组分分别表现出最高（4.59 V vs. K）和最低（2.24 V）的电压，且TM在K（脱）嵌过程中贡献于氧化还原行为。我们观察到所有P3-KTMO均为（亚）稳定，因此根据我们的0 K凸包计算是可实验合成的，而所有脱钾P3-TMO构型均不稳定，并可能在电化学循环过程中出现。此外，我们利用Rouxel和阳离子势模型验证了在KTMO组分中K的棱柱配位环境相对于八面体配位的稳定性。最后，结合我们的电压和稳定性计算，我们发现P3-KCoO是最有前景的正极组分，而P3-KNiO值得探索。我们的工作应有助于探索制造实用钾离子电池所需的策略与材料。
引用
@article{arxiv.2305.04299,
title = {Evaluation of P3-type layered oxides as K-ion battery cathodes},
author = {Pawan Kumar Jha and Sanyam Nitin Totade and Prabeer Barpanda and Gopalakrishnan Sai Gautam},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.04299},
year = {2024}
}