First-principles identification of interface effect on Li storage capacity of C3N/graphene multilayer heterostructure

异质结 石墨烯 材料科学 阳极 光电子学 载流子 纳米技术 化学 电极 物理化学
作者
Deepak S. Gavali,Yoshiyuki Kawazoe,Ranjit Thapa
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:610: 80-88 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2021.12.052
摘要

The design and development of new and light weight two-dimensional (2D) heterostructures as anode materials to enhance the electrochemical properties for Li-ion batteries (LIB's) is a challenge. In this work, using first-principles study, we have demonstrated that the ratio of two-dimensional polyaniline (C3N) and graphene in the multilayer heterostructures plays a major role to define the Li storage properties and to provide metallicity for easy conduction of electrons. We have found that charge transfer between Li and the host depends on the interface and site, which helps in the improvement in specific capacity. The proposed heterostructures shows specific capacity varies from 558 mAh/gm to 423 mAh/gm. The specific capacity is high for heterostructures with more graphene in ratio which is correlated to higher charge accumulation in the host. Also, graphene helps to minimize the open-circuit voltage (OCV) of C3N and maintained an average of 0.4 V. The volume expansion for fully lithiated heterostructures is within 22 %. Li diffusion barrier energy varies in the range of 0.57 to 0.25 eV. The proposed 2D heterostructures could be a future material for anode in LIB's and the description of the interface effect on Li storage properties will help for further development of 2D heterostructure materials.
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