First-Principles Study of FeB2Monolayers as High-Capacity Electrode Materials for Mg-Ion Batteries

单层 阳极 材料科学 电极 吸附 离子 电化学 阴极 纳米技术 化学工程 光电子学 化学 物理化学 有机化学 工程类
作者
Shuang Luo,Jun Zhao,Yuhang Wang,Yaqin Zhang,Yu Xiong,Ninggui Ma,Jun Fan
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:127 (26): 12484-12491 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.3c02411
摘要

Rechargeable Mg-ion batteries (MIBs) have attracted extensive attention due to the abundance of magnesium resources and huge superiority in energy density. But the lack of suitable electrode materials hinders the realization of MIBs. Herein, the potential of monolayer FeB2 with two-dimensional (2D) structure as anode materials for MIBs has been comprehensively analyzed, and its performance in Li/Na/K/Ca ions batteries using first-principles calculations has been compared. The results indicate that the adatoms show different adsorption and diffusion behaviors on the B and Fe sides of FeB2, which are subject to different electron-accepting abilities of the Fe and B layers. Besides, the FeB2 monolayer possesses a maximum theoretical capacity of 4152 mAh g–1 for MIBs, outperforming most 2D anode materials. The ultrahigh theoretical capacity is attributed to the small lattice mismatch and the free electron gas protection that enables the stable adsorption of multilayer Mg atoms on the FeB2 monolayers. Furthermore, the extremely low diffusion barrier and open circuit voltage demonstrate the pre-eminent electrochemical activities and performance of the FeB2 monolayer. This work provides valuable options for the design of advanced rechargeable metal-ion batteries with high capacity and lightweight.
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