چکيده
با توجه به افزايش روزافزون تقاضا براي انرژي و نگرانيهاي جهاني در مورد كاهش سوختهاي فسيلي و اثرات زيستمحيطي آنها، توسعه باتريهاي قابل شارژ با كارايي بالا، به ويژه "باتريهاي ليتيوم-يون" از اهميت حياتي برخوردار است. اين باتريها به دليل چگالي انرژي بالا، عمر طولاني و قابليت شارژ مجدد، در طيف گستردهاي از دستگاههاي الكترونيكي قابل حمل و خودروهاي برقي كاربرد فراوان يافتهاند. با اين حال، محدوديتهاي ذاتي مواد الكترودي متداول، نياز به كشف و بهينهسازي مواد جديد را ضروري ساخته است. در اين پژوهش، "تكلايه CrI3 "، به عنوان يك ماده دوبعدي با خواص مغناطيسي ذاتي و نيمهرسانا، به عنوان يك كانديداي جذاب براي كاربرد در الكترودهاي باتريهاي ليتيوم يون مورد بررسي قرار گرفته است.
براي انجام اين مطالعه، از محاسبات ابتدا به ساكن، با روش"نظريه تابعي چگالي (DFT)" استفاده شده است. تمامي شبيهسازيها با استفاده از بسته نرمافزاري كوانتوم اسپرسو (Quantum ESPRESSO) كه براساس روش "بسط موج تخت" براي حل "معادلات كوهن-شم" ميباشد، پياده سازي شدهاند. اين پژوهش، شامل مطالعه امكان استفاده از تك لايه CrI3 به عنوان الكترود در باتريهاي ليتيوم-يون با بررسي مواردي از جمله تحليل ساختار الكترونيكي، تحليل چگالي حالتها (DOS)، شبيهسازي جذب اتمهاي ليتيوم، محاسبه انرژيهاي جذب، پيشبيني ولتاژ مدار باز (OCV) و محاسبه ظرفيت ذخير سازي نظري، ميباشد. نتايج به دست آمده نشان ميدهد كه تكلايه CrI3 داراي پايداري ساختاري مناسب و گاف انرژي 1.26 eV ميباشد و پس از جذب ليتيوم، خواص الكترونيكي آن به طور قابل توجهي تغيير ميكند. انرژيهاي جذب ليتيوم نشاندهنده گرمازايي فرآيند جذب است و بيشينه ظرفيت دخيرهسازي نظري مقدار 38.32 mAh/g و ولتاژ مدار باز (OCV) در محدوده 1.7877 تا 1.5318 ولت، محاسبهشدند. نتايج اين پژوهش كمك به تحليل و درك عملكرد نانولايههاي دوبعدي در باتريهاي يوني كرده و مسيرهاي جديدي را براي طراحي و توسعه مواد الكترودي دوبعدي براي نسل بعدي سيستمهاي ذخيره انرژي باز ميكند.
واژگان كليدي: نظريهي تابعي چگالي، تكلايه CrI3، ولتاژ مدار باز، انرژي جذب، باتري هاي ليتيوم-يون، بسته نرم افزاري كوانتوم اسپرسو
