【原】南昌大学物理与材料学院Meiqian Wan等--类石墨烯单层AlP3：一种用于Li/Na/K离子电池的高性能负极材料

合理设计容量大、稳定性好、扩散速度快的负极材料是对可充电碱金属离子电池（AMIBs）的重要要求。本文通过密度泛函理论计算，研究了具有折叠类石墨烯结构的单层AlP₃作为AMIBs负极材料的可行性。结果表明，碱金属原子(AM = Li, Na, K)可以稳定吸附在单层AlP₃表面，进一步增强了体系的导电性。Li、Na和K的平均开路电压分别为0.70 V、0.28 V和0.37 V。Li、Na和K原子的扩散能垒分别为0.56 eV、0.41 eV和0.20 eV。此外，单层AlP₃具有较高的理论比容量，Li, Na和K离子电池分别为447 mAh g^-1, 894 mAh g^-1和1565 mAh g^-1。总的来说，单层AlP₃是AMIBs极好的负极材料，特别是对于K离子电池。

                            图1. （a）单层AlP₃的结构。（b） 单层AlP的声子色散谱。   

                                  图2. （a） 吸附位点示意图。（b） 单个AM原子在六个可能的吸附位点上吸附的吸附能。蓝色和灰色的球分别代表Al和P原子。

                                   图3. (a) 单层AlP₃吸附AM原子前后的TDOS。(b) Li_0.125AlP₃， (c) Na_0.125AlP₃， (d) K_0.125AlP₃的能带结构和PDOS。E_Fermi设置为0 eV，用灰色虚线表示。    

                图4. (a) Li_0.125AlP₃， (b) Na_0.125AlP₃， (c) K_0.125AlP₃的电荷密度差图

                                图5. (a) 单层AlP₃表面(b) Li、(c) Na、(d) K原子的扩散路径和扩散能垒曲线示意图。

   图6. 单层AlP₃吸附不同浓度(a) Li， (b) Na， (c) K的OCV曲线。    

                   图7. (a) Li₂AlP₃， (b) Na₄AlP₃， (c) K₇AlP₃的结构。

                             图8. (a) 单层AlP₃与报道的二维负极材料的K离子容量图。(b) ELF图，(c) AIMD计算过程中能量和温度的变化，(d) K₇AlP₃在6000 fs时的快照。

相关研究成果由南昌大学物理与材料学院Meiqian Wan等人于2023年发表在Journal of Solid State Chemistry (https:///10.1016/j.jssc.2023.124284)上。原文：Graphene-like AlP₃ monolayer: A high-performance anode material for Li/ Na/K-ion batteries。