Computational predictions of energy materials using density functional theory

密度泛函理论 计算机科学 光伏 热电材料 储能 材料科学 纳米技术 工程物理 生化工程 热电效应 功率(物理) 光伏系统 物理 化学 工程类 电气工程 计算化学 热力学 量子力学
作者
Anubhav Jain,Yongwoo Shin,Kristin A. Persson
出处
期刊:Nature Reviews Materials [Nature Portfolio]
卷期号:1 (1) 被引量:898
标识
DOI:10.1038/natrevmats.2015.4
摘要

In the search for new functional materials, quantum mechanics is an exciting starting point. The fundamental laws that govern the behaviour of electrons have the possibility, at the other end of the scale, to predict the performance of a material for a targeted application. In some cases, this is achievable using density functional theory (DFT). In this Review, we highlight DFT studies predicting energy-related materials that were subsequently confirmed experimentally. The attributes and limitations of DFT for the computational design of materials for lithium-ion batteries, hydrogen production and storage materials, superconductors, photovoltaics and thermoelectric materials are discussed. In the future, we expect that the accuracy of DFT-based methods will continue to improve and that growth in computing power will enable millions of materials to be virtually screened for specific applications. Thus, these examples represent a first glimpse of what may become a routine and integral step in materials discovery. Density functional theory has become an indispensable tool in the design of new materials. This Review details the principles of computational materials design, highlighting examples of the successful prediction and subsequent experimental verification of materials for energy harvesting, conversion and storage.
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