Petal-Graphyne: A novel 2D carbon allotrope for high-performance Li and Na ion storage

Autor(es)

Lima, Kleuton A. L. ; Laranjeira, Jose A. S. ; Martins, Nicolas F. ; Dias, Alexandre C. ; Sambrano, Julio R. ; Galvao, Douglas S. ; Ribeiro Jr, Luiz A.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: JOURNAL OF ENERGY STORAGE; v. 130, p. 10-pg., 2025-09-15.

Resumo

Using density functional theory simulations, this study introduces Petal-Graphyne (PLG), a novel multi-ring metallic structure composed of 4-, 8-, 10-, and 16-membered rings. Its structural, electronic, and lithium/sodium storage properties were comprehensively investigated. PLG exhibits a high theoretical capacity of 1004 mAh/g for Li, Na, and mixed-Li/Na-ions, surpassing conventional graphite anodes. The material remains metallic, with multiple band crossings at the Fermi level. The optimal energy barriers for Li (0.28 eV) and Na (0.25 eV) on PLG and favorable diffusion coefficients in both monolayer and multilayer configurations are unveiled. The open circuit voltages are 0.47 V for Li, 0.51 V for Na, and 0.54 V for mixed-ion storage, suggesting stable electrochemical performance. These results highlight PLG as a promising candidate for next-generation lithium and sodium-ion batteries, combining high storage capacity and efficient ion transport. (AU)

• Processo FAPESP: 13/08293-7 - CECC - Centro de Engenharia e Ciências Computacionais
• Beneficiário: Munir Salomao Skaf
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
• 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: 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
• 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: 22/14576-0 - Simulações de dinâmica molecular de novos materiais bidimensionais
• Beneficiário: Nicolas Ferreira Martins
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Mestrado