Anisotropic black phosphorene nanotube anodes afford ultrafast kinetic rate or extra capacities for Li-ion batteries

作者
Huili Wang,Qianb Gao,Liu Cheng,Yua Cao,Shuo Liu,Baoshan Zhang,Zhenpeng Hu,Jie Sun
出处
期刊:Chinese Chemical Letters [Elsevier]
被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.cclet.2021.11.030
摘要

ABSTRACT As an important anode material for fast-charging Li-ion batteries (LIBs), black phosphorus (BP) has attracted extensive attention. Black phosphorene nanotubes (BPNTs) can be theoretically produced by rolling up the black phosphorene nanosheet along armchair (a-BPNTs) and zigzag (z-BPNTs) directions. The effects of curvature, chirality, Li-storage concentrations and strain stress on the Li-storage performance such as Li diffusion barriers and mechanical stabilities of BPNTs are mainly investigated by first principles calculations. The theoretical calculations predict that the a-BPNTs and z-BPNTs have good maximum Li-storage capacities, and the z-BPNTs exhibit better flexibility than a-BPNTs. The mechanical stabilities and Li-migration are all related to the curvature of BPNTs. Additionally, both a-BPNTs and z-BPNTs exhibit fast Li-ion conductivity along the c-axis direction. Moreover, the average Poisson's ratio of a-BPNTs (0.68) is larger than that of z-BPNTs (0.17), indicating that the strain stress is more difficult to apply on a-BPNTs than z-BPNTs. Our calculations predict that the a-BPNTs can afford ultrafast kinetic rate for fast-charging and high-power LIBs, while the z-BPNTs can provide extra capacity for high-energy LIBs.

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