Irida-graphene as a high-performance anode for sodium batteries

Autor(es)

Martins, Nicolas F. ; Laranjeira, Jose A. ; Fabris, Guilherme S. L. ; Denis, Pablo A. ; Sambrano, Julio R.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: JOURNAL OF ENERGY STORAGE; v. 104, p. 11-pg., 2024-12-20.

Resumo

Clean energy storage is in the spotlight of the scientific community, as is the development of alternatives to the negative impact of conventional lithium-based batteries; therefore, sodium-ion batteries (SIBs) have emerged due to the abundant Na resources. In this sense, the performance of irida-graphene (IG), a 2D carbon allotrope with metallic character, and geometrically formed by 3-, 6- and 8- carbon rings, is computationally investigated for Na storage by density functional theory (DFT) simulations. The maximum Na capacity in the IG is 24 atoms, a ratio of 1 Na to 2C (1:2), with adsorption energies from-1.42 eV (single Na) to-0.38 eV (24 Na), demonstrating its electrochemical stability. The Na mobility was analyzed, indicating a high diffusion rate (3.11 x 10- 5 cm2/s at 300 K) associated with a very small diffusion barrier (0.09 eV). The operating open circuit voltage (OCV) ranges from 0.32 to 1.42 V, which is suitable for a safety battery application. Finally, the Na storage capacity is 1022 mAhg- 1 , surpassing many commercial anodes and competitive with other structures. The results highlight the IG potential as an effective and safe anode material for SIBs. (AU)

• Processo FAPESP: 20/01144-0 - Propriedades eletrônicas, estruturais dos compostos ABO4 (A = Ba, Ca, Cd, Sr e Pb e M = Mo e W) e modelagem das transformações morfológicas de suas nanopartículas
• Beneficiário: José Artigas dos Santos Laranjeira
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Processo FAPESP: 22/03959-6 - Estruturas bidimensionais para armazenamento de energia e sensores de gases: a teoria direcionada a experimentalistas e para a divulgação científica
• Beneficiário: Julio Ricardo Sambrano
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 13/07296-2 - CDMF - Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais
• Beneficiário: Elson Longo da Silva
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
• Processo FAPESP: 24/05087-1 - Funcionalização na superfície de Mxenes de carbetos e nitretos para o armazenamento de hidrogênio
• Beneficiário: Nicolas Ferreira Martins
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 22/16509-9 - Simulações computacionais de heteroestruturas baseadas em dicalcogenetos metálicos de transição, MXenos e novos alótropos do carbono
• Beneficiário: José Artigas dos Santos Laranjeira
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 22/00349-2 - Performance da adsorção de CO no grafenileno inorgânico à base de SiC dopado com Fe, Co e Mn
• Beneficiário: Nicolas Ferreira Martins
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado