Germaneno poroso como material anódico de baterías recargables

Abstract

El considerable crecimiento en la demanda energética lleva a la necesidad de mejorar los ánodos de las baterías recargables actuales, en particular las baterías de iones de litio (Li). Las nanoestructuras se destacan por su capacidad de almacenamiento de Li debido a su gran superficie, donde nanoestructuras bidimensionales (monocapas) como el germaneno se han mostrado como prometedores materiales anódicos. En este trabajo se estudia el almacenamiento de Li en diferentes concentraciones en una monocapa de germaneno poroso (pGeML) considerando una celda unidad de 18 átomos de Germanio (Ge) y 6 de hidrógeno (H), con parámetro de red de 13.85 Å. Los cálculos se realizaron aplicando la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) implementada en el código SIESTA, usando la Aproximación de Gradiente Generalizado (GGA). El almacenamiento de Li se modela para concentraciones n_Li=1, 2, 6, 12, 18 y 22 átomos de Li por celda unidad ocupando los sitios más favorables en la pGeML. Los resultados muestran que la pGeML mantiene un comportamiento semiconductor para todas las concentraciones estudiadas. El análisis de transferencia de carga de Hirshfeld indica la transferencia de carga de los átomos de Li hacia la superficie de la pGeML. El voltaje de circuito abierto (OCV) disminuye con la concentración de átomos de Li y la máxima capacidad teórica de almacenamiento (CM) es de 402.13 mAh/g para n_Li=22 que es similar al de baterías comerciales. Estos resultados indican que el pGeML tiene posibilidad de aplicarse como nanomaterial anódico para baterías de Li.

Keywords: Germaneno; Baterías; DFT