Моделирование адсорбции и диффузии атомов лития на дефектном графене для Li-ионной батареи

На основе теории функционала плотности (DFT) с учетом спиновой поляризации (LSDA) нами рассчитаны адсорбционные и диффузионные свойства атома лития на монослое графена (\({\text{GP}}\)) с моновакансией (\({\text{G}}{{{\text{P}}}_{{\text{V}}}}\)) в качестве анодного материала для \({\text{Li}}\)-ионной батареи. DFT LSDA расчеты проводили в релаксированных 5 × 5 и 6 × 6 суперъячейках \({\text{GP}}{\kern 1pt} - {\kern 1pt} {\text{L}}{{{\text{i}}}_{{{\text{ads}}}}}\) и на основе графена с комплексом “моновакансия + адатом лития” \({\text{G}}{{{\text{P}}}_{{\text{V}}}}{\kern 1pt} - {\kern 1pt} {\text{L}}{{{\text{i}}}_{{{\text{ads}}}}}\). Исходя из вычисленных значений энергии адсорбции атома лития \(E_{{{\text{ads}}}}^{{{\text{Li}}}}\) определено энергетически стабильное место расположения адатома лития \({\text{L}}{{{\text{i}}}_{{{\text{ads}}}}}\) на монослое суперъячеек в \({\text{GP}}{\kern 1pt} - {\kern 1pt} {\text{L}}{{{\text{i}}}_{{{\text{ads}}}}}\) и \({\text{G}}{{{\text{P}}}_{{\text{V}}}}{\kern 1pt} - {\kern 1pt} {\text{L}}{{{\text{i}}}_{{{\text{ads}}}}}\). Результаты расчетов показывают, что адатом \({\text{L}}{{{\text{i}}}_{{{\text{ads}}}}}\) энергетически предпочитает адсорбироваться в ямочной позиции (Н-сайт), а не адсорбироваться сверху (Т-сайт) углеродного атома в монослое. DFT LSDA рассчитанные электронная зонная структура и локальный полный и парциальный магнитный момент атомов суперъячеек \({\text{GP}}{\kern 1pt} - {\kern 1pt} {\text{L}}{{{\text{i}}}_{{{\text{ads}}}}}\) согласуются с расчетами, проведенными GGA-PBE функционалом для Н, В и Т сайтов графена. С учетом опытно полученных коэффициентов диффузии лития в двухслойном графене в структурной упаковке AB-пакетом и температурной (263–333 K) зависимости диффузии Li в двухслойном графене, которая описывается законом Аррениуса, вычислена энергия активации диффузии \({\text{Li\;}}\) при концентрациях \(x\) = 0.06–0.51 в графене Li_xC₁₂ в AB-упаковке.