DFT insights into the adsorption mechanisms of lithium polysulfides on Ni2P (0001) surface for lithium–sulfur batteries

锂(药物) 吸附 硫黄 化学 无机化学 密度泛函理论 材料科学 纳米技术 计算化学 物理化学 有机化学 心理学 精神科
作者
Ricardo Amaral,Nelson Y. Dzade
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:659: 159847-159847 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2024.159847
摘要

Reliable and sustainable energy storage systems are crucial for a renewable energy future. The ultrahigh theoretical specific capacity and energy density of lithium-sulfur batteries (LSBs) make them one of the most promising next-generation battery technologies. However, their large-scale applications are seriously limited by rapid capacity fading and poor Coulombic efficiency owing to the shuttling of lithium polysulfides (LiPSs). Herein, we investigate nickel phosphide (Ni2P) as an effective host material to realize high-performance LSBs based on first-principles density functional theory (DFT) calculations. Our calculated adsorption energies of the LiPSs species reveal that the Ni2P(0001) surface possesses moderate to high adsorption strength and the adsorption process is facilitated via charge transfer from the LiPSs to the interacting Ni2P(0001) surface atoms. Due to the strong interactions between Ni2P(0001) and LiPSs (Li2Sx, x = 1, 2, 4, 6 and 8), we observe elongation of the intramolecular Li-S bonds in LiPSs upon their adsorption. The stronger adsorption of Li2S coupled with its spontaneous dissociation suggests a faster charging process could occur on the on Ni2P(0001) surface. These results demonstrate that Ni2P can provide effective anchoring sites for the soluble LiPSs, potentially having implications for the design of electrodes for practical LSBs.
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