High-entropy MXene Ti3(B0.25C0.25N0.25O0.25)2O2 as anode materials for lithium-ion batteries: Insight from first principles

材料科学 阳极 离子 吸附 锂(药物) 组态熵 化学工程 化学物理 热力学 物理化学 有机化学 电极 内分泌学 工程类 化学 医学 物理
作者
Kechen Li,Pengju Hao,Qian Zhang,Yongzhi Wang,Jianbo Zhang,Sydorov Dmytro,Yang Zhou
出处
期刊:Materials today communications [Elsevier BV]
卷期号:38: 108255-108255
标识
DOI:10.1016/j.mtcomm.2024.108255
摘要

Two-dimensional MXene materials had attracted extensive research interest due to their excellent energy storage properties. Meanwhile, high-entropy materials exhibited excellent properties due to their unique lattice structure and stability. This study investigated the potential of a high-entropy MXene, Ti3(B0.25C0.25N0.25O0.25)2O2, as an advanced anode material for lithium-ion batteries through first-principles calculations. The structural, electronic, and lithium adsorption properties were systematically examined. Notably, the material exhibited a metallic-like character with favorable adsorption energies for lithium ions at the C-site. Additionally, the diffusion energy barrier for Li-ions was found to be exceptionally low at 0.18 eV, indicating promising rate performance. The study explored the adsorption of multiple lithium layers, and the maximum theoretical specific capacity of 466.59 mAh/g and a minimum open circuit voltage of 0.48 V. The stability of the material after lithium adsorption was confirmed through analyses of formation energy and cohesive energy. Overall, this research highlighted the considerable potential of high-entropy MXene as a stable and high-performance anode material for lithium-ion batteries.
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