Theoretical Investigation of V3C2 MXene as Prospective High-Capacity Anode Material for Metal-Ion (Li, Na, K, and Ca) Batteries

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作者
Ke Fan,Yiran Ying,Xiaoyan Li,Xin Luo,Haitao Huang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:123 (30): 18207-18214 被引量:129
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.9b03963
摘要

Two-dimensional (2D) transition-metal carbides (MXenes) as electrode materials have attracted much attention because of their excellent energy storage properties and electrical conductivity. In this work, we study the properties of the V3C2 MXene anode for metal-ion (Li, Na, K, and Ca) batteries by means of density functional theory computations. Based on our calculated results, V3C2 exhibits excellent properties such as structural stability, good electrical conductivity, fast charge–discharge rates, and high theoretical storage capacity. In particular, owing to its low diffusion barrier (0.04 eV for Li, 0.02 eV for Na, 0.01 eV for K, and 0.04 eV for Ca) and high storage capacity (606.42 mA h g–1 for both Li and Na, 269.86 mA h g–1 for K, and 539.71 mA h g–1 for Ca), V3C2 monolayers are predicted to be promising anode materials especially for lithium-ion batteries and sodium-ion batteries. Our work provides a new avenue for the design of novel 2D materials for energy applications.
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