平面硼烯薄膜作为具有超高容量的 Mg、Na 或锂离子电池阳极材料：第一性原理研究

最近令人振奋的实验进展将屈曲和平面硼烯纳米膜作为新兴二维 (2D) 材料家族的新成员。硼烯是石墨烯的硼原子类似物，具有适用于广泛应用的有趣性质。在本研究中，我们进行了广泛的第一性原理密度泛函理论模拟，以探索四种不同平面硼烯薄膜作为 Al、Mg、Na 或锂离子电池阳极材料的应用。在我们的建模中，首先预测了最强结合位点，随后逐步增加吸附原子覆盖度直至达到最大容量。采用 Bader 电荷分析来评估吸附原子与硼烯薄膜之间的电荷转移。还利用微动弹性带方法探测离子扩散。我们计算了平均原子吸附能和作为吸附原子覆盖度函数的开路电压曲线。我们的结果表明，平面硼烯薄膜是导电且热稳定的阳极材料，对 Mg、Na 或锂离子电池分别具有 2480 mAh/g、1640 mAh/g 和 2040 mAh/g 的超高容量，其性能不仅明显优于屈曲硼烯，而且优于所有其他 2D 材料。我们的研究可能为平面硼烯薄膜在轻量高容量先进可充电离子电池设计中的潜在应用提供有益视角。