Finding electrode materials with high capacity is a key challenge for developing Lithium-ion batteries (LIBs). Graphene was once expected to be a promising candidate, but it turns out to be too inert to interact with Li. Here, by using the first-principles calculations, we predict that Germanium doped graphene, termed as Germagraphene which has been achieved in recent experiment, is a promising LIB anode material. We find that at the optimal Ge concentration, which corresponds to the chemical formula C17Ge, the specific capacity for Germagraphene can be as high as 1734 mAh/g, over four times larger than graphite. We show that the material is conductive before and after Li adsorption. We also investigate the diffusion process of Li on Germagraphene, and find that the diffusion barrier is low (~0.151 eV), implying fast Li diffusion. The calculated average intercalation potential is very low (~0.03 V), which is beneficial for increasing the working voltage for the full-cells. In addition, during the process of Li intercalation, the lattice change for the material is quite small (~0.48%), implying good cycle performance. These results suggest that Germagraphene could be a promising high-capacity anode material for LIBs.
Aluminum functionalized silicene: a potential anode material for alkali metal ion batteries
我们研究了铝功能化硅烯三层（ABC-Si $_4$ Al $_2$）作为碱金属离子电池（AMIB）负极材料的可能性。首先，我们用从头算分子动力学模拟研究了ABC-Si $_4$ Al $_2$的热力学稳定性，结果表明该材料在600 K以下保持稳定。然后，我们研究了碱金属原子（Li，Na，K）在ABC-Si $_4$ Al $_2$中的吸附性质，发现了几个具有高吸附能的吸附位点。此外，我们还用轻推弹性带方法计算了这些原子沿高对称路径的扩散性质。结果表明，与石墨中的扩散势垒一样低，特别是对于Na（0.32 eV）和K（0.22 eV），这使得这些离子容易在材料的表面上迁移。我们的研究还揭示了满载的Li $_4$ Si $_4$ Al $_2$、Na $_2$ Si $_4$ Al $_2$和K $_2$ Si $_4$ Al $_2$系统提供了0.14至0.49 V的低开路电压，以及对于Li离子电池为645 mAh/g和对于Na离子和K离子电池为322 mAh/g的大理论容量，该值接近于其它阳极材料（例如石墨、TiO $_2$和硅基系统）中的值。这些结果表明，铝官能化的少层硅烯是一种有前途的材料，AMIBs阳极，特别是钠和钾离子电池。
The intriguing mechanism of phosphorus anodes for sodium ion batteries revealed by operando pair distribution function and X-ray diffraction computed tomography
Theoretical Studies on Sodium Storage Mechanism in Hard Carbon Anodes of Sodium-Ion Batteries: Molecular Simulations Based on Machine Learning Force Fields
Mn3O4-Graphene Hybrid as a High Capacity Anode Material for Lithium Ion Batteries
我们开发了两步溶液相反应以在还原氧化石墨烯（RGO）片上形成用于锂离子电池应用的Mn 3 O 4纳米颗粒的杂化材料。相对于溶液中的自由颗粒生长，在RGO片上选择性生长的Mn 3 O 4纳米颗粒允许电绝缘Mn 3 O 4纳米颗粒通过下面的导电石墨烯网络连接到集电器。在RGO上形成的Mn 3 O 4纳米颗粒显示出高达~ 900 mAh/g的高比容量，接近其理论容量，具有良好的倍率性能和循环稳定性，这归因于石墨烯基底与其上生长的Mn 3 O 4纳米颗粒之间的密切相互作用。Mn 3 O 4/RGO杂化材料有望成为高容量、低成本、环境友好的锂离子电池负极材料。我们的石墨烯生长方法应该为基于高绝缘材料的电池电极的设计和合成提供一种新技术。
A Record-High Ion Storage Capacity of T-Graphene as Two-Dimensional Anode Material for Li-ion and Na-ion Batteries
近年来，开发具有高性能，特别是具有高离子存储容量的可应用的二维（2D）电极材料已成为越来越令人着迷的追求。基于第一性原理计算，我们报道了一种新型碳基二维材料T-石墨烯具有创纪录的Li/Na存储容量。T-石墨烯对Li的容量高达2233.2 mA h g-1，对Na的容量可达2357.2 mA h g-1，是商用石墨的6倍，是迄今为止鉴定的2D负极材料中最高的。研究表明，T型石墨烯的储能能力主要得益于其较低的原子质量和特殊的周期性晶格结构。T-石墨烯不仅具有储能容量，而且具有稳定的离子吸附、良好的导电性、快的离子扩散速度和低的开路电压等优点，是锂离子电池和钠离子电池储能容量的优良负极材料。
A first-principles study on the effect of oxygen content on the structural and electronic properties of silicon suboxide as anode material for Lithium Ion Batteries
A Facile Process to Fabricate Phosphorus/Carbon Xerogel Composite as Anode for Sodium Ion Batteries
钠离子电池由于其低成本而变得流行。在钠离子电池的负极材料中，磷由于其高的理论容量而具有很大的潜力。以前的研究，产生高容量和长时间的磷阳极使用昂贵的材料，如黑磷（BP）和磷烯。为了充分利用钠离子电池的低成本优势，我们报道了一种简单、低成本的制备负极的方法：在碳干凝胶上凝聚赤磷。即使具有大颗粒尺寸（~ 50 $μ$ m）和高质量负载（2 mg cm $^{-2}$），在100 mA/g $^{-1}$下循环的复合物在减去碳的贡献之后基于磷产生357 mA/g $^{-1}$或2498 mAh/g $^{-1}_P$的容量。平均库仑效率高达99.4%。当以200 mA g $^{-1}$循环时，其产生242 mAh g $^{-1}$或1723 mAh g $^{-1}_P$的容量，80次循环的平均退化率仅为0.06%。我们的研究提供了一种创新的方法，以极低的成本合成钠离子电池阳极，性能超过或相当于最先进的材料，这将促进其商业化。
Conditional spinodal decomposition in Li-Mg anodes for lithium metal batteries
Max Planck Institute for Sustainable Materials（马克斯·普朗克可持续材料研究所）；Aeronautics Institute of Technology（航空技术学院）；Université de Picardie Jules Verne（亚眠儒勒·凡尔纳大学）；University Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, SIMAP（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心，格勒诺布尔理工学院，SIMAP）；Thermo-Calc Software AB（Thermo-Calc软件有限公司）；Federal University of São Carlos（圣卡洛斯联邦大学）；Korea University（高丽大学）；Univ Rouen Normandie, CNRS, INSA Rouen Normandie, Groupe de Physique des Matériaux, UMR 6634（鲁昂诺曼底大学，法国国家科学研究中心，鲁昂诺曼底国立应用科学学院，材料物理研究组）
Two-Dimensional GaN: An Excellent Electrode Material Providing Fast Ion Diffusion and High Storage Capacity for Li-Ion and Na-Ion Batteries
确定适用的负极材料是锂离子电池和钠离子电池（LIB和NIB）技术的重要任务。我们提出GAN单层（2D GAN）可以是一个很好的阳极候选者。GAN单层表现出稳定的Li/Na吸附和固有的低理论电压。最令人兴奋的是，在GAN单层中可以同时实现高存储容量和极快的Li/Na扩散。对于Li，存储容量和扩散势垒分别为938 mA h g-1和80 meV。Na的值为625 mA h g ~（-1）和22 meV。与已知的具有类似规模的离子扩散屏障的2D阳极材料相比，GAN单层几乎具有迄今为止发现的最高的Li/Na存储容量。我们的工作表明，二维GAN是一种有前途的阳极材料，提供快速的离子扩散和高存储容量。
In search of high performance anode materials for Mg batteries: computational studies of Mg in Ge, Si, and Sn
我们目前的从头算研究的结构，能量学，和扩散性能的Mg在Si，Ge和Sn金刚石结构，以评估其潜在的插入型阳极材料的镁电池。我们表明，Si可以提供最高的比容量（3817毫安时g-1）和最低的平均插入电压（~0.15 eV vs. Mg）的Mg存储。然而，由于其显著的晶格膨胀百分比（~216%）和缓慢的Mg扩散，Sn和Ge更有吸引力;两种阳极具有比Si更低的晶格膨胀（分别为~ 120%和~ 178%）和扩散势垒（对于单Mg扩散，分别为~0.50和~0.70 eV）。我们表明，镁-镁相互作用在不同阶段的充电可以显着降低扩散势垒相比，单原子扩散，高达0.55 eV。
Impact of Surface Chemistry of Silicon Nanoparticles on the Structural and Electrochemical Properties of Si/Ni3.4Sn4 Com-posite Anode for Li-Ion Batteries
Nanoscale imaging reveals critical plating and stripping mechanisms in anode-free lithium and sodium solid-state batteries
Autonomous University of Madrid (UAM)（马德里自治大学）；Nicolás Cabrera University Institute of Materials Science (INC), UAM（尼古拉斯·卡布雷拉大学材料科学研究院（INC））；ALBA Synchrotron Light Facility（阿尔巴同步辐射光源设施）；Norwegian University of Science and Technology (NTNU)（挪威科技大学）；Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems (IKTS)（弗劳恩霍夫陶瓷技术和系统研究所）；Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)（马德里材料科学研究所，西班牙国家研究委员会）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Research Institute for Energy Efficient Technologies（国立先进工业科学技术研究院，能源效率技术研究所）；Condensed Matter Physics Center (IFIMAC), UAM（凝聚态物理中心（IFIMAC））
Charging/discharging mechanism in Mg3Bi2 anode for Mg-ion batteries; The role of the spin-orbit coupling
使用密度泛函计算，我们研究插入/提取镁离子在Mg3 Bi 2，一个有趣的镁离子电池阳极。我们发现，（110）面是最稳定的终端。从八面体位置空出Mg 2+离子对材料的表面和本体区域都更有利。然而，四面体位置之间的扩散势垒比八面体位置之间的扩散势垒小约3倍。因此，在镁化/脱镁过程中，Mg离子首先空出八面体位点，然后扩散通过四面体位点。自旋-轨道相互作用降低了Mg的空位形成能，但对扩散势垒的影响较小。
