Ultrahigh Lithium Storage Capacity of Al2C Monolayer in a Restricted Multilayered Growth Mechanism

材料科学 锂(药物) 单层 机制(生物学) 纳米技术 化学工程 医学 认识论 工程类 内分泌学 哲学
作者
Ning Lü,Kai Wang,Jiaxin Jiang,Hong Guo,Gui Zhong Zuo,Zhiwen Zhuo,Xiaojun Wu,Xiao Cheng Zeng
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (31): 35663-35672 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsami.2c07980
摘要

Designing anode materials with high lithium specific capacity is crucial to the development of high energy density lithium (ion) batteries. Herein, a distinctive lithium growth mechanism, namely, the restricted multilayered growth for lithium, and a strategy for lithium storage are proposed to achieve a balance between ultrahigh specific capacity and the need to avert uncontrolled dendritic growth of lithium. In particular, based on first-principles computation, we show that the Al2C monolayer with a planar tetracoordinate carbon structure can be an ideal platform for realizing the restricted multilayered growth mechanism as a two-dimensional (2D) anode material. Furthermore, the Al2C monolayer exhibits the ultrahigh specific capacity of lithium of 4059 mAh/g, yet with a low diffusion barrier of 0.039–0.17 eV and low open circuit voltage in the range of 0.002–0.34 V. These novel properties render the Al2C monolayer a promising anode material for future lithium (ion) batteries. Our study also offers a design of promising 2D anode materials with a high specific capacity, fast lithium-ion diffusion, and safe lithium storage.
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