Three‐Dimensional Porous Diboron Dinitride as a High‐Performance Anode Material for Sodium/Potassium‐Ion Batteries: A First Principles Study

阳极 材料科学 带隙 热稳定性 化学工程 分析化学(期刊) 电极 化学 光电子学 物理化学 工程类 色谱法
作者
Xun Lin,He Lin,Yong Huang
出处
期刊:ChemistrySelect [Wiley]
卷期号:8 (35) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/slct.202300719
摘要

Abstract 2D boron nitride shows great promise in the photoelectric device, deep UV emitter and field effect transistor with good thermal stability, high mechanical robustness and chemical inertness; nonetheless, its inherently low electrical conductivity and small pore size have severely hindered the electrochemical kinetics and lead to a poor rate capability. Herein, we design a novel porous 3D−B 2 N 2 structure by assembling the orthorhombic B 2 N 2 monolayer into t‐C 24 lattice and assesse its feasibility as the anode material of sodium(SIBs)/potassium(PIBs) ion batteries. The ab initio molecular dynamics (AIMD) simulation, Born‐Huang criteria, phonon spectrum and cohesive energy calculations confirms that the resulting 3D−B 2 N 2 possesses excellent mechanical, thermal and dynamical stability. Different from the pristine h ‐B 2 N 2 , an improved electrical conductivity is observed for 3D−B 2 N 2 with a small band gap of 0.66 eV. Moreover, the low mass density, unique porous structure and strong adsorption energy make the 3D−B 2 N 2 an outstanding electrode material for SIBs/PIBs with high storage capacities of 599.90 (479.92) mA h/g, low averaged open circuit voltages of 0.13 (0.27) V, low diffusion barriers of 0.04 (0.008) eV, and small volume expansions of 0.96 % (2.63 %). All the encouraging findings reveal that the 3D−B 2 N 2 anode deserves further experimental investigation for SIBs/PIBs.

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