بررسی نظری کاربرد نانوسبد دکابوران (B10H14) و مشتق‌های فلوئوردار آن به عنوان مواد آندی در باتری‌های لیتیم-یون: نظریه تابعی چگالی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

10.22036/cr.2022.334354.1175

چکیده

باتری‌های لیتیم - یون، جایگزین مناسبی برای منابع انرژی سنتی هستند که بطور قابل توجهی در ابزارهای الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرند. .باتری‌های لیتیم - یون چگالی انرژی زیاد و عمری طولانی دارند. بدین منظور تلاش می‌گردد باتری‌هایی بر پایه نانو‌ساختارها طراحی شود که ولتاژ قابل توجهی داشته باشند. در این پژوهش با استفاده از محاسبات نظریه تابعیت چگالی (DFT) کاربرد دکابوران و مشتقات فلوئوردار آن به عنوان آند در باتری‌های لیتیم- یون بررسی شده است. نتایج به‌دست آمده حاکی از آن است که ولتاژ سلول در دکابوران (B10H14)منفی می‌باشد، که نامطلوب است. یک استراتژی جهت بهبود عملکرد دکابوران معرفی شده است، که بر اساس آن اتم‌های فلوئور جانشین اتم‌های هیدروژن در موقعیت‌های مختلف شده و باعث بهبود عملکرد سلول و افزایش ولتاژ به طرز قابل توجهی تا 10/1+ ولت خواهد شد. نتایج بدست آمده می تواند در طراحی مواد آندی جدید معدنی برای باتری های لیتیم - یون استفاده شود.

چکیده تصویری

بررسی نظری کاربرد نانوسبد دکابوران (B10H14) و مشتق‌های فلوئوردار آن به عنوان مواد آندی در باتری‌های لیتیم-یون: نظریه تابعی چگالی

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Theoretical study of the application of decaborane nanobasket (B10H14) and its fluorinated derivatives as anode materials of Lithium-ion batteries: Density Functional Theory

نویسندگان [English]

  • Maryam Yousofizadeh
  • ehsan shakerzadeh
  • mehrdad bamdad
Chemistry Department, Faculty of Science, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
چکیده [English]

Lithium - ion batteries (LIBs) are good alternative to traditional energy sources, which are considerably used in electronic devices. These sources have high energy density and long life. For this purpose, an attempt is made to design batteries based on nanostructures that have a significant voltage. In this study, the application of decaborane (B10H14) and its fluorinated derivatives in anode of Lithium-ion batteries is investigated using density functional theory (DFT) calculations. The results indicate that the cell voltage in decaborane (B10H14) is negative, which is unfavorable. One strategy to improve the function of decaborane is based on the substitution of hydrogen atoms in different positions with fluorine atoms. This can improve the cell function and increase the cell voltage remarkably to +1.10 Volt. This results might be useful for the design of novel inorganic-based anode materials for lithium-ion batteries. we hope the results provide meaningful insights for developing Lithium - ion batteries.

کلیدواژه‌ها [English]

  • lithium-ion battery
  • decaborane
  • cell voltage
  • DFT calculations

مراجع

  1. R. Lu, D. Rao, Zh. Meng , X. Zhang, G. Xu, Y. Liu, E. Kan, C. Xiao and K. Deng, Phys Chem Chem Phys, 15 (2013) 16120-16126.
  2. S. Goripati, E. Miele, F. De Angelis, E. Di Fabrizio, R. Proietti Zaccaria, C. Capiglia, Power Sources, 257 (2014) 421-443.
  3. R. Marom, S.F. Amalraj, N. Leifer, D. Jacob, D. Aurbach, Mater. Chem. 21 (2011) 9938-9954.
  4. Y. Wang, B. Liu, Q. Li, S. Cartmell, S. Ferrara, Z. D. Deng , J. Xiao, A review, Power Sources, 286 (2015) 330-345.
  5. J. Li, J. Klee Barillas, C. Guenther, M.A. Danzer, Power Sources, 230 (2013) 244-250.
  6. M. Miroshnikov, K. P. Divya, G. Babu, A. Meiyazhagan, L. M. R. Arava, P. M. Ajayan, G. John, Mater. Chem. 4 (2016) 12370-12386.
  7. N. Nitta, F. Wu, J. T. Lee, G. Yushin, Materials Today, 18 (2015) 252-264.
  8. J. M. Tarascon, M. Armand, Nature, 414 (2001) 359-367.
  9. M.M. Thackeray, C. Wolverton, E.D. Isaacs, Energy Environ. Sci. 5 (2012) 7854-7863.
  10. A. Manthiram, Phys. Chem. Lett. 2 (2011) 176-184.
  11. K.T. Lee, S. Jeong, J. Cho, Acc. Chem. Res. 5 (2012) 1161-1170.
  12. G. Ceder, G.Hautier, A.Jain and S.P.Ong, Materials Research Society, 36 (2011) 185-191.
  13. Y. Liang, Z. Tao, J. Chen, Adv. Energy Mater. 2 (2012) 742-769.
  14. S. Goriparti, M.N.K. Harish, S. Sampath, Chem. Commun. 49 (2013) 7234.
  15. Z. Gong, Y. Yang, Energy Environ. Sci. 4 (2011) 3223-3242.
  16. H. Wang, L.-F. Cui, Y. Yang, H. Sanchez Casalongue, J.T. Robinson, Y. Liang, Y. Cui, H. Dai, J. Am. Chem. Soc. 132 (2010) 13978 –13980.
  17. K. Persson, V.A. Sethuraman, L.J. Hardwick, Y. Hinuma, Y.S. Meng, A. van der Ven, V. Srinivasan, R. Kostecki, G. Ceder, J. Phys. Chem. Lett. 1 (2010) 1176 -1180.
  18. N.A. Kaskhedikar, J. Maier, Adv. Mater. 21 (2009) 2664-2680.
  19. J. Liu, Adv. Funct. Mater. 23 (2013) 924-928.
  20. R. Baierlein, Am. J. Phys. 69 (2001) 423.
  21. P.G. Bruce, B. Scrosati, J.-M. Tarascon, Angew. Chem. Int. Ed. 47 (2008) 2930-2946.
  22. F. Jiao, P.G. Bruce, Adv. Mater. 19 (2007) 657-660.
  23. J. Hosseini, A. Rastgou, R. Moradi, Molecular Liquids, 225 (2017) 913-918.
  24. D. Hnyk, J. Holub, S. A. Hayes, M. F. Robinson, D. A. Wann, H. E. Robertson, D. W. H. Rankin, Inorg. Chem. 45 (2006) 8442–8446.
  25. M. Moradi, Z. Bagheri, A. Bodaghi, Physica E Low Dimens. Syst. Nanostruct. 89 (2017) 148-154
  26. J. Hosseini, A. Rastgou, R. Moradi, 225 (2017) 913-918.
  27. R. Rahimi, M. Solimannejad, J. Mol. Model. 26 (2020) 157.
  28. I. Sioutis, R. M. Pitzer, J. Phys. Chem. A 110 (2006) 12528–12534.
  29. D. F. Gaines, H. Beal , Inorg. Chem. 39 (2000) 1812–1813.
  30. W. C. Ewing, P. J. Carroll, L. G. Sneddon, Inorg. Chem. 49 (2010) 1983.
  31. S. Muhammad, H. Xu, Z. su, J. Phys. Chem. 115 (2011) 923-931.
  32. F. Li, P. Jin, D. Jiang, L. Wang, S. B. Zhang, J. Zhao and Z. Chen, J. Chem. Phys. 136 (2012) 074302.
  33. M. J. Pender, P. J. Carroll, g. Sneddon, L. G. Inorg. Chem. 32 (1993) 1963-1969.
  34. S. Gao, G. Shi, H. Fang, Nanoscale, 8 (2016) 1451 –1455.
  35. K. Nejati, A. Hosseinian, L. Edjlali, E. Vessaly, Molecular Liquids, 229 (2017) 167-171.
  36. S. Ullah, P.A. Denis, F. Sato, Appl. Mater. Today, 9 (2017) 333-340,

 

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 02 فروردین 1401
  • تاریخ بازنگری: 17 تیر 1401
  • تاریخ پذیرش: 25 شهریور 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار