Analysis of AlN monolayer as a prospective cathode for aluminum-ion batteries

材料科学 算法 阴极 机器学习 计算机科学 物理化学 化学
作者
Shanshan He,Leilei Li,Yanping Qiao,Xiaojie Liu,Song He,Qiuhong Li,Donghui Guo
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
卷期号:34 (43): 435702-435702
标识
DOI:10.1088/1361-6528/aceafe
摘要

Abstract Developing cathode materials with high specific capability and excellent electrochemical performance is crucial for the advancement of aluminum-ion batteries, which leverage the high theoretical energy density of aluminum metal anodes. In this paper, we investigated the interaction of AlCl 4 cluster and Al atom with AlN (−100) and (001) monolayer using density functional theory to assess the applicability of AlN as cathode material for aluminum-ion batteries. The results show that the AlN (001) monolayer is the most effective for adsorbing and accommodating AlCl 4 clusters. Moreover, the AlN (001) monolayer maintains metallic behavior at different concentrations of the AlCl 4 cluster, laying the foundation for its battery application. The theoretical storage capacity of the AlCl 4 cluster is 105.93 mAhg 1 , which exceeds that of the Al/graphite battery. The formation energy of AlCl 4 -intercalated AlN compounds is −2.74 eV, and the intercalant gallery height is moderate. Furthermore, the diffusion barrier of 0.19 eV for AlCl 4 cluster between the AlN (001) monolayer provides high rate capability. The results indicate that AlN monolayer may be a potential cathode material for aluminum-ion batteries.
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