Metallic Penta-BN2 monolayer: A novel platform for non-lithium-ion batteries with high capacity and splendid cyclicity

阳极 单层 材料科学 锂(药物) 离子 金属 碱金属 密度泛函理论 纳米技术 化学工程 冶金 化学 计算化学 有机化学 物理化学 电极 医学 工程类 内分泌学
作者
Minrui Yang,Lei Chen,Fan Kong,Jiyuan Guo,Huabing Shu,Jun Dai
出处
期刊:Materials Science in Semiconductor Processing [Elsevier]
卷期号:149: 106849-106849 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.mssp.2022.106849
摘要

Investigating high-capacity anode materials for non-lithium-ion batteries (NLIBs) would further enhance the possibility of the human being free from fossil energy. By applying the first-principles calculation method based on density functional theory, in this work, the scientific feasibility of employing penta-BN 2 monolayer as anode material for NLIBs (Na, K, Mg, and Ca-ion batteries) is systematically investigated. The results show that the penta-BN 2 exhibits excellent thermodynamic stability and superior electrical conductivity, and its intrinsic metallic property is maintained after ionization. Remarkably, the calculated theoretical specific capacities of penta-BN 2 monolayer are 690.23, 690.23, 1380.45, and 1380.45 mAh·g −1 for Na + , K + , Mg 2+ , and Ca 2+ , respectively, which are outstanding among most of the previously proposed candidate anode materials for NLIBs. In addition, the moderate open-circuit voltages of penta-BN 2 make itself suitable for anode applications. More importantly, the splendid reversibility of penta-BN 2 contributes to extremely low diffusion energy barriers for metal ions. These results suggest that the penta-BN 2 monolayer has a promising application prospect as anode for NLIBs with high energy density and outstanding rate performance.
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