[發(fā)明專利]一種碳材料的應(yīng)用及其模擬仿真方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110258857.3
• 申請(qǐng)日: 2021-03-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113036123B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任山令;覃萬(wàn)里
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/587
• 分類號(hào): H01M4/587;H01M10/054;G06F30/20;G16C10/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 蘇虹

1.一種碳材料在鈉離子電池中的應(yīng)用，所述碳材料為二維材料，其特征在于：作為鈉離子電池的負(fù)極材料，碳材料為二維碳同素異形體net-τ或net-C18。

2.一種二維碳同素異形體net-τ或net-C18的模擬仿真方法，其特征在于：net-τ或net-C18作為鈉離子電池負(fù)極材料，模擬仿真方法包括以下步驟：

（1）基于第一性原理和密度泛函理論，構(gòu)建二維材料模型，并對(duì)材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，得到材料穩(wěn)態(tài)構(gòu)型；

（2）計(jì)算二維材料的能帶和電子態(tài)密度，分析結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；

（3）通過(guò)差分電荷密度分析材料的電子特性，采用CI-NEB方法分析鈉離子在材料中擴(kuò)散過(guò)程，分析材料的比容量和開(kāi)路電壓。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬仿真方法，其特征在于：步驟（1）包括根據(jù)二維材料的晶格參數(shù)、原子種類、原子個(gè)數(shù)和原子間鍵長(zhǎng)構(gòu)建周期性二維蜂窩狀晶體結(jié)構(gòu)模型；利用VASP軟件模擬程序?qū)ΧS材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，獲得材料穩(wěn)態(tài)構(gòu)型。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬仿真方法，其特征在于：步驟（3）中，通過(guò)差分電荷密度分析材料的電子特性包括以下步驟：

（a）根據(jù)結(jié)構(gòu)模型的特點(diǎn)選取原始晶胞，在原始晶胞的不等價(jià)位上進(jìn)行單個(gè)Na原子吸附，確定Na原子吸附的穩(wěn)定位點(diǎn)；

（b）計(jì)算Na原子吸附的穩(wěn)定位點(diǎn)的電子態(tài)密度和bader電荷數(shù)值，并繪制差分電荷密度圖；

（c）分析Na原子和C原子之間的相互作用。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬仿真方法，其特征在于：步驟（3）中，采用CI-NEB方法分析Na離子在材料中擴(kuò)散過(guò)程包括以下步驟：

（a）根據(jù)Na原子吸附的穩(wěn)定位點(diǎn)規(guī)劃Na離子的遷移路徑；

（b）采用CI-NEB方法確定相鄰穩(wěn)定位點(diǎn)之間的多遷移通道，在相鄰的兩個(gè)吸附位點(diǎn)之間插值進(jìn)行計(jì)算，尋找鞍點(diǎn)，得出勢(shì)壘高度，繪制不同遷移路徑的擴(kuò)散勢(shì)壘圖；

（c）并考慮擴(kuò)散系數(shù)和靜電勢(shì)分布，選擇Na離子的最優(yōu)擴(kuò)散路徑。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬仿真方法，其特征在于：步驟（3）中，分析材料的比容量和開(kāi)路電壓包括以下步驟：

（a）將不同Na原子吸附位點(diǎn)的吸附能進(jìn)行排序，將對(duì)應(yīng)最大吸附能的Na吸附位點(diǎn)全部上下對(duì)稱放置Na原子，進(jìn)行吸附，得到穩(wěn)定吸附構(gòu)型；

（b）在上一輪吸附構(gòu)型的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行單個(gè)Na原子吸附，尋找新的不等價(jià)吸附位點(diǎn)，然后再根據(jù)Na吸附位點(diǎn)的吸附能大小排序，把本輪中最大吸附能的Na吸附位點(diǎn)全部上下對(duì)稱放置Na原子，進(jìn)行吸附，得到新一輪的穩(wěn)定吸附構(gòu)型；以此類推，得到最終吸附構(gòu)型；

（c）對(duì)最終吸附構(gòu)型采用分子動(dòng)力學(xué)方法模擬室溫下吸附構(gòu)型的穩(wěn)定性；

（d）計(jì)算最終吸附構(gòu)型的比容量和開(kāi)路電壓。