BeN4 monolayer as an excellent Dirac anode material for potassium-ion batteries

单层 阳极 吸附 材料科学 电池(电) 化学工程 扩散 纳米技术 化学 电极 物理化学 物理 热力学 冶金 功率(物理) 工程类
作者
Zishuang Cheng,Xiaoming Zhang,Hui Zhang,Heyan Liu,Xiaohu Yu,Xuefang Dai,Guodong Liu,Guifeng Chen
出处
期刊:Journal of Alloys and Compounds [Elsevier BV]
卷期号:936: 168351-168351 被引量:38
标识
DOI:10.1016/j.jallcom.2022.168351
摘要

Rapid development of anode materials with good stability, high capacity, low diffusion barrier and excellent cyclability is an important challenge for the further enhancement of the battery industry today. Recently, a novel stable two-dimensional (2-D) material named beryllonitrene (BeN4) has been experimentally synthesized. Considering its lightweight and porous structure, we systematically investigate the feasibility of BeN4 monolayer as an anode material for metal ion batteries (MIBs) based on first-principles calculations. We investigate the adsorption behavior of Li/Na/K on BeN4 monolayer surfaces, and find that BeN4 monolayer with Dirac cone can only stably adsorb potassium and possess good electrical conductivity before and after adsorption of potassium. More noteworthy is that BeN4 monolayer has fairly low diffusion barrier (62 meV) and open circuit voltage (0.084–0.179 V), as well as very high storage capacity (842 mA h g−1), which are superior to most 2-D anode materials for potassium-ion batteries (PIBs). Moreover, BeN4 monolayer is also demonstrated to have great cycle stability and long-term cycle life. Therefore, our results suggest that BeN4 monolayer is expected to become a pretty perfect Dirac anode material for PIBs.
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