Poor electrical conductivity and large volume expansion during repeated charge and discharge is what has characterized many battery electrode materials in current use. This has led to 2D materials, specifically multi-layered 2D systems, being considered as alternatives. Among these 2D multi-layered systems are the graphene-based van der Waals heterostructures with transition metal di-chalcogenides (TMDCs) as one of the layers. Thus in this study, graphene-Hafnium disulphide (Gr-HfS$_2$) system, has been investigated as a prototype Gr-TMDC system for application as battery electrode. Density functional theory calculations indicate that Gr-HfS$_2$ van der Waals heterostructure formation is energetically favoured. In order to probe its battery electrode applications capability, Li, Na and K intercalants were introduced between the layers of the heterostructure. Li and K were found to be good intercalants as they had low diffusion barriers as well as positive open circuit voltage. A comparison to bilayer graphene and bilayer HfS$_2$ indicate that Gr-HfS$_2$ is a favourable battery electrode system.
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。
ScS_{2} Monolayer as a Potential Cathode Material for Alkali-ion Batteries and Beyond
Sc是最轻的过渡金属，可以帮助实现高理论容量的目标。因此，我们在此探索了ScS_{2}单层作为碱金属离子电池（Li、Na、K）和其他多价金属离子电池（Mg、Al）的阴极材料的性能。以前对ScS_{2}的研究只集中在ScS_{2}单分子层的基本电子和磁性上，而没有对其可能的应用进行研究。我们的第一性原理计算表明，2D ScS_{2}能够提供一个大的理论容量为491.36 mAh g^{-1}的碱金属离子和324.29 mAh g^{-1}的镁和铝离子，同时保持良好的平均开路电压。我们还研究了这些金属离子在ScS_{2}表面的扩散性，这与电池的充/放电倍率性能有关。我们的研究结果表明，所有金属离子的低扩散障碍，除了铝。由于这些结果，我们，因此，相信ScS_{2}单层可以是一个有趣的候选人，阴极材料用于碱离子电池和超越。
Diverse fundamental properties in stage-n graphite alkali-intercalation compounds: anode materials of Li+-based batteries
通过第一性原理计算，深入研究了n阶石墨碱层间化合物的各种基本性质。根据锂和非锂材料的主要特征，锂和非锂材料在堆叠构型、嵌入碱原子浓度、自由传导电子密度以及原子主导和（碳、碱）共主导能带等方面可能存在很大差异。碱金属掺杂的金属行为和几何对称性之间的密切关系将通过层间原子相互作用来阐明，其中重要的碱-碳化学键从原子和轨道分解的van Hove奇异性得到充分的检验。费米能级的蓝移，即n型掺杂，可以从态密度的低能特征中清楚地识别出来。本研究为锂离子电池负极材料的研究提供了部分信息。AC $_6$ /AC $_8$和Li $_8$ Si $_4$ O $_{12}$之间存在某些重要差异。
Beyond Lithium-Ion Batteries: Are Effective Electrodes Possible for Alkaline and Other Alkali Elements? Exploring Ion Intercalation in Surface-Modified Few-Layer Graphene and Examining Layer Quantity and Stages
MXenes as High Capacity Electrode Materials for Metal (Li, Na, K, Ca)-ion batteries
二维（2D）材料可以具有处理离子电池中的高充电速率的优异能力，因为金属离子不需要在3D晶格结构中扩散。然而，石墨烯是最重要的2D材料，已知其不具有Li容量。本文中，通过第一原理密度泛函计算预测Li以及Na、K和Ca在Ti $_3$ C $_2$（一种代表性MXene）上的吸附。在我们的研究中，我们观察到，这些碱金属离子表现出不同的吸附能取决于覆盖。Na、K和Ca的吸附能随覆盖度的增加而降低，而Li对覆盖度的变化不敏感。所观察到的碱金属离子在Ti $_3$ C $_2$上的吸附能和覆盖率之间的关系可以用它们的有效离子半径来解释。有效离子半径越大，碱金属原子间的相互作用越大，容量和覆盖率越低。我们计算的Li、Na、K和Ca在Ti $_3$ C $_2$上的容量值分别为639.5、319.8、191.8和159.9 mAh g $^{-1}$。与目前用于锂离子电池阳极的材料相比，MXene在提高电池整体性能方面表现出很大的潜力。
Structural and electronic properties of V2O5 and their tuning by doping with 3d elements - Modelling with DFT+U method and dispersion correction
碱性离子电池的新电极材料是一个及时的话题。在众多的正极材料中，V_2O_5是最受关注的正极材料之一。虽然具有非常高的理论容量，但在实践中，其性能受到低稳定性和差导电性的阻碍。关于V2 O 5的理论描述，普通的DFT-GGA计算不能再现电子和晶体结构。当带隙被低估时，层间距被高估，因为弱色散相互作用在GGA中没有被正确描述。在这里，我们表明，DFT+U方法和半经验D2校正的组合可以弥补GGA近似的缺点，当涉及到V2 O 5的建模。与常规PBE计算相比，PBE+U+D2计算在计算量略有增加的情况下，完全再现了V2 O 5的实验禁带，而晶格参数的误差仅为百分之几。采用所提出的PBE+U+D2方法，我们研究了3d元素（从Sc到Zn）掺杂的V2 O 5。我们发现，结构和电子参数的掺杂的影响。最重要的是，掺杂后电导率有望显著增加，这对于V2 O 5在金属离子电池中的应用非常重要。
