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Uso de pantallas de computación para identificar materiales 2D para ánodos de batería

Bidimensional (2re) los materiales son cristales de espesor atómico, que se han hecho populares en la ciencia de los materiales debido a sus interesantes propiedades físicas y químicas, cuales son (a veces mucho) difieren de sus contrapartes tridimensionales. Demuestran grandes perspectivas en el desarrollo de nuevos dispositivos optoelectrónicos y electrónicos., como detectores de fotos, sensible a la polarización, cristales, cristales orientados a la orientación, e inversores digitales incorporados, así como el potencial para facilitar la transición a la limpieza, energías renovables.

Hoja de grafeno, ilustración.

Baterías de iones metálicos, por ejemplo, ampliamente utilizado para este y otros fines, pero para satisfacer las crecientes necesidades energéticas de nuestra sociedad, se deben hacer esfuerzos significativos para encontrar materiales con propiedades óptimas, como la alta capacidad, carga rápida, alta estabilidad y facilidad de producción.

2Materiales D para baterías de iones metálicos, como el grafeno, Se utiliza para mejorar el rendimiento de la batería de iones de litio, Ofrecer ventajas claras en términos de un área de superficie activa más alta para aumentar la densidad de energía, distancias cortas de difusión de iones y excelente conductividad eléctrica para aumentar la capacitancia, así como flexibilidad mecánica y espacio entre capas extendido para aumentar la productividad del ciclo.

sin embargo, a pesar del rápido desarrollo en esta área, la variedad y cantidad de materiales 2D disponibles para tecnología comercial es aún muy limitada – especialmente aquellos, que son adecuados para electrodos de batería – porque la investigación hasta ahora se ha centrado solo en materiales elementales o binarios.

Los cálculos teóricos juegan un papel importante en la prueba de materiales adecuados para electrodos., racionalizando observaciones experimentales y proporcionando estrategias efectivas para mejorar el rendimiento de la batería. Los primeros principios de predicciones estructurales se usaron para predecir las propiedades de estructuras atómicas desconocidas y aceleraron y simplificaron la búsqueda de nuevos materiales para las aplicaciones deseadas sin la necesidad de síntesis de cada uno de ellos.. Se pueden usar para determinar la energía total y las propiedades de una estructura dada., o las búsquedas estructurales pueden generar diferentes estructuras teóricas para una composición química dada.

así, La composición química tiene una influencia importante en las propiedades del material y debe tenerse en cuenta al diseñar y verificar. Las pantallas de computación permiten a los investigadores identificar efectivamente, cómo varias combinaciones elementales pueden cambiar las propiedades del material, y puede ayudar a responder preguntas, que de otro modo hubiera sido lento o imposible, por ejemplo, ¿Cuál es la combinación óptima de elementos??

También permite el estudio de compuestos bidimensionales ternarios o cuaternarios. (materiales, que contienen tres o más elementos), que no solo enriquece la variedad de materiales bidimensionales, pero también puede conducir a algunas propiedades inesperadas e interesantes.. Examen físico de un número infinito de combinaciones elementales para producir el ánodo perfecto., por supuesto, poco práctico. En cambio, los investigadores pueden usar modelos computacionales., para reducir tiempo y costos.

Los descriptores teóricos modernos son capaces de determinar / explorar el sitio de adsorción, barrera de difusión y capacidad de materiales 2D. Sin embargo, uno de los problemas es, como podemos garantizar, que las predicciones teóricas son adecuadas para uso práctico en baterías de iones de metal. Aunque muchos materiales 2D fueron propuestos por cálculos teóricos, solo unos pocos pueden usarse en la práctica. Se vuelve problemático., Dado que la mayoría de los cálculos utilizados actualmente se realizan en el vacío y no tienen en cuenta la influencia del entorno externo, como electrolito de batería o campo eléctrico, en propiedades del material. así, desarrollando más eficiente, se necesitan descriptores detallados, si queremos avanzar.

Con el desarrollo de la teoría avanzada y la aparición de nuevos algoritmos., así como con la llegada de nuevos tipos de recursos informáticos, El diseño de material asistido por computadora tiene un gran potencial para explorar nuevos materiales funcionales.






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