Advancing Zn-ion Battery Electrodes: Exploring the Potential of Graphene-Polythiophene Nanocomposites through First-Principles Analysis

聚噻吩 石墨烯 材料科学 电池(电) 纳米复合材料 电极 纳米技术 离子 导电聚合物 聚合物 复合材料 化学 有机化学 物理化学 物理 量子力学 功率(物理)
作者
Oluwaseye Samson Adedoja,Gbolahan Joseph Adekoya,Emmanuel Rotimi Sadiku,Yskandar Hamam
出处
期刊:Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials [Springer Science+Business Media]
卷期号:35 (3): 1928-1940 被引量:2
标识
DOI:10.1007/s10904-024-03395-8
摘要

Abstract This research investigates the electronic and electrochemical properties of graphene-polythiophene (G/Pth) nanocomposites, as potential anode materials for Zn-ion batteries. By capitalizing on the distinctive attributes of these constituent materials, the research aims to unravel critical aspects, such as: interaction studies, electronic structure, charge transfer, charge density difference, the density of states (DOS), theoretical specific capacity, open circuit voltage, Zn-ion diffusion, and the structural stability of G/Pth. The findings present compelling insights into the adsorption process, revealing an exothermic adsorption energy of -2.79 eV and an adsorption height of 3.51 Å for the polythiophene onto the graphene nanosheets. The loading of Zn atoms onto the G/Pth nanocomposite, yields a noteworthy maximum specific capacity of 585 mAh/g. The nanocomposite exhibits an exceptionally low Zn diffusion barrier of 6 meV, thereby, facilitating a swift Zn diffusion across its surface. These results suggest the promising potential of G/Pth nanocomposites as anode materials for Zn-ion batteries, and hence, providing valuable insights into their electronic and structural properties. It is believed that this study, has significantly, contributed to the advancement of the comprehension of polymer substrate-based energy storage materials. Also, it establishes a foundation for further research to develop more effective and efficient solutions for energy storage in Zn-ion batteries. Graphical Abstract
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