Simulações ab initio para engenharia de fase do dissulfeto de nióbio bidimensional
Tipo
TCC
Data de publicação
2019-12
Periódico
Citações (Scopus)
Autores
Rezende Neto, Armando Sampaio de
Orientador
Rocha, Leandro Seixas
Título da Revista
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Título de Volume
Membros da banca
Programa
Resumo
As baterias de íon de Li desempenham papel fundamental no cenário tecnológico atual. Seu
funcionamento depende fortemente do desempenho de seus eletrodos, que devem conduzir os íons
de Li durante os processos de carga e descarga. Para exercer esta função adequadamente, os
eletrodos devem possuir afinidade com o Li, apresentarem-se estáveis em sua presença e também
possuir um coeficiente de difusão, D, ao menos entre 10-10 e 10-6 cm s-1. Este trabalho demonstra
através de simulações ab initio que o dissulfeto de nióbio monocamada (NbS2) apresenta estes
requisitos. Trata-se de um dicalcogeneto de metal de transição (TMD) monocamada, um
nanomaterial que possui duas fases, 2H e 1T, sendo a sua transição indesejável para a aplicação em
baterias. A afinidade com o Li é avaliada através da energia de formação, E
f
(eV) para a adsorção,
que apresentou valores negativos em todas as concentrações. A estabilidade da fase é estimada
através da comparação entre as energias totais das duas fases sob a influência de carga na rede e da
dopagem com Li. As barreiras de energia para a transição de fase são determinadas para o sistema
pristino, negativamente carregado e dopado com Li para demonstrar que estas modificações não
induzem a transição de fase. Finalmente, a difusividade do Li é calculada através da barreira de
energia do deslocamento do íon.
Li ion batteries play a fundamental role in today world technological scenario. Its operation depends strongly on its electrode's performance, that must conduce the Li ions during charging and discharging processes. In order to practice its function properly, the electrodes must hold affinity with Li and present itself stable in its presence, remain stable in its presence and also have a diffusion coefficient, D, at least between 10-10 and 10-6 cm s-1. The present work demonstrates through ab initio simulations that the monolayer niobium dissulfide (NbS2) presents those requirements. It is a transition metal dichalcogenide (TMD), a nanomaterial with two phases, 2H and 1T, whose transition is undesirable for batteries application. The Li affinity is evaluated through the formation energy, E f (eV) for adsorption, found in negative values in all doping concentrations. The phase stability is estimated through comparison between the total energies of both phases under the influence of net charge and Li doping. The energy barriers for phase transition are determined the pristine system, negatively charged and Li doped systems to demonstrate that these modifications does not induces the phase transition. Finally, the Li diffusivity is calculated through the ion displacement energy barrier.
Li ion batteries play a fundamental role in today world technological scenario. Its operation depends strongly on its electrode's performance, that must conduce the Li ions during charging and discharging processes. In order to practice its function properly, the electrodes must hold affinity with Li and present itself stable in its presence, remain stable in its presence and also have a diffusion coefficient, D, at least between 10-10 and 10-6 cm s-1. The present work demonstrates through ab initio simulations that the monolayer niobium dissulfide (NbS2) presents those requirements. It is a transition metal dichalcogenide (TMD), a nanomaterial with two phases, 2H and 1T, whose transition is undesirable for batteries application. The Li affinity is evaluated through the formation energy, E f (eV) for adsorption, found in negative values in all doping concentrations. The phase stability is estimated through comparison between the total energies of both phases under the influence of net charge and Li doping. The energy barriers for phase transition are determined the pristine system, negatively charged and Li doped systems to demonstrate that these modifications does not induces the phase transition. Finally, the Li diffusivity is calculated through the ion displacement energy barrier.
Descrição
Palavras-chave
dicalcogeneto de metal de transição , bateria de Íon de Li , nanomaterial , transition metal dichalcogenide, , Li ion battery , nanomaterial