Structural, electronic, sodium diffusion and elastic properties of Na–P alloy anode for Na-ion batteries: Insight from first-principles calculations

材料科学 阳极 合金 扩散 相(物质) 午睡 离子 电化学 分析化学(期刊) 热力学 物理化学 化学 冶金 物理 电极 有机化学 色谱法 神经科学 生物
作者
Huansheng Lu,Bo Xu,Jing Shi,Musheng Wu,Yinquan Hu,Chuying Ouyang
出处
期刊:Modern Physics Letters B [World Scientific]
卷期号:30 (32n33): 1650385-1650385 被引量:7
标识
DOI:10.1142/s0217984916503851
摘要

Sodium-ion batteries (NIBs) as an alternative to lithium-ion batteries (LIBs) have recently received great attentions because of the relatively high abundance of sodium. Searching for suitable anode materials has always been a hot topic in the field of NIB study. Recent reports show that phosphorus-based materials are potential as the anode materials for NIBs. Using first-principles calculations, herein, we study the atomic and electronic structures, diffusion dynamics and intrinsic elastic properties of various Na–P alloy compounds (NaP 5 , Na 3 P[Formula: see text], NaP and Na 3 P) as the intermediate phases during Na extraction/insertion in phosphorus-based anode materials. It is found that all the crystalline phases of Na–P alloy phases considered in our study are semiconductors with band gaps larger than that of black phosphorus (BP). The calculations of Na diffusion dynamics indicate a relatively fast Na diffusion in these materials, which is important for good rate performance. In addition, the diffusion channels of sodium ions are one-dimensional in NaP 5 phase and three-dimensional in other three phases (Na 3 P[Formula: see text], NaP and Na 3 P). Elastic constant calculations indicate that all four phases are mechanically stable. Among them, however, NaP 5 , Na 3 P[Formula: see text] and NaP alloy phases are ductile, while the fully sodiated phase Na 3 P is brittle. In order to improve the electrochemical performance of Na–P alloy anodes for NIBs, thus, promoting ductility of Na–P phase with high sodium concentration may be an effective way.
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