锂插层材料超低导热率的量子预测
材料科学
2021-05-31 v3 介观与纳米尺度物理
摘要
锂插层层状过渡金属氧化物 LixTMO2 在近几十年来给可充电电池带来了范式变革，并有望用于忆阻器——一种面向未来神经计算与片上存储的器件。热输运性质虽然是限制电池充放电速率、封装密度、能量效率和安全性的关键因素，也是限制忆阻器可控性与能耗的关键因素，但目前仍鲜有研究或甚至未被理解。在此，我们首次采用包含高阶晶格非谐性的量子计算，发现 LixTMO2 材料的导热系数 k 远低于此前认为的值。更具体地，LiCoO2 的 k 的理论上限为 6 W/m-K，比先前的理论预测低 2-6 倍。脱锂进一步使 LiCoO2 和 LiNbO2 的 k 降低 40-70%。晶界、应变和孔隙率是导热系数降低的其他原因，而锂离子扩散和电输运对声子热输运仅具有微小影响。该结果阐明了锂插层材料中有关热输运的几个长期存在的问题，并为设计高能量密度电池和可控忆阻器提供了指导。
引用
@article{arxiv.1912.00570,
title = {Quantum Prediction of Ultra-Low Thermal Conductivity in Lithium Intercalation Materials},
author = {Tianli Feng and Andrew O'Hara and Sokrates T. Pantelides},
journal= {arXiv preprint arXiv:1912.00570},
year = {2021}
}
备注
Accepted by Nano Energy