（节选）新能源材料外文翻译---金属BSi3硅烯：一种有前景的大容量锂离子电池阳极材料

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1、 1 1600 汉字， 1000 单词， 5400 英文字符 学生毕业设计（论文）外文译文 学生姓名： 学号： 专业名称： 新能源材料与器件 译文标题（中英文）： 金属 BSi3 硅烯：一种有前景的大容量锂离子电池阳极材料 （ Metallic BSi3 Silicene: A Promising High Capacity Anode Material for Lithium-Ion Batteries） 译文出处： ACS（美国化学学会）期刊数据库 指导教师审阅 签名 ： 外文译文正文： 1. 引言 锂离子电池 (LIBs) 被广泛地用于便携式通讯电子设备，并且在电动车和电网应用上也很有前

2、景。寻找更高比容量的电极特别是代替石墨更高容量的阳极是锂离子电池的核心问题之一。目前商业电池中最常用的阳极是石墨，石墨具有可接受的可逆性，充电容量为 372 mAh/g（锂原子以 LiC6储存并嵌入两层石墨层之间）。 硅作为另一种有前景的大容量锂离子电池阳极材料，其理论电容率高 (4200 mAh/g), 是传统石墨阳极的 10 倍。电池工作中锂的嵌入会造成不可逆的结构变化和力学破坏。进一步研究表明许多硅纳米结构比如纳米粒子、纳米管、纳米线等 作为阳极可以克服机械不稳定性问题，表现良好。特别是石墨烯的硅类似物硅烯被预测理论上是最好的高容量硅基锂离子电池阳极材料。单层（ SL）（ 954 mA

3、H/ g）和双层（ DL）（ 715 mA H/ g）硅烯的具体充电容量可比拟 BC3，明显高于石墨的充电容量 ；同时，锂电池在硅烯表面的扩散相对较低，通常小于 0.6 eV。 鉴于硼取代石墨 /石墨烯基体可以更好地适应从锂的 2s 电子贡献的多余电子，硼掺杂替代作为有效方法已被提出，用来修饰石墨 /石墨烯以实现更好的锂离子电池阳极性能。特别是密度泛函理论 (DFT)计算预测出层状 BC3 化合物是很有发展前景的高容量碳基锂离子电池阳极材料。 SL（ 714 mA H / g）和堆叠（ 857 mA H / g）的 BC3的充电容量大约是石墨的两倍，而锂在 BC3的表面上的迁移率类似于石墨 /

4、石墨烯。此外 ,DFT 计算表明 ,BC3纳米管在原始碳纳米管基础上具有增强锂存储的能力。 最近，一个具有六边形对称性（ H-BSi3）和另一矩形的对称性（ R- BSi3）的 BSi3 硅烯片被预测是 B-取代硅烯的全球最小结构，其化学计量比 B： Si=1： 3，用于实验实现相当可行 。此外，无论是 H-BSi3 和 R-BSi3（ c-BSi3 和 R-I 在文献 26）都具有平面的几何形状，本质上是金属，与 LB 和零带半金属原始硅烯薄片形成鲜明对比。原则上 BSi3 硅烯的金属特性和更好的导电性可以提高其作为 LIB 阳极的性能。 B 取代的掺杂是修改石墨以作为更好的 LIB 阳极的

5、一种有效方法，然后一个自然的问题出现了： 可不可以用固有金属 BSi3 硅烯替代原始硅烯作为更好的高容量 LIBs 阳极？ 在这里，我们进行了大量的 DFT 计算研究使用固有的金属 BSi3 硅烯（ H- BSi3 和 R-BSi3）作为大容量 LIBs 阳极材料的可行性。研究结果显示，该 BSi3 硅烯的 容量（分别为 1410 和 846 mA H / g 的 SL 和 DL，）明显较高，而 BSi3 硅烯上的锂扩散壁垒（通常分别小于 0.4 和 0.6eV 的SL 和 DL）可与那些硅烯相比。此外 ,BSi3 硅烯的平均开路电压 (OCV)相对较低。所有这些特点，包括良好的电子导电性，非

6、常高的理论充电容量，快速的锂扩散力和低的 OCV 都表明 BSi3 硅烯可以作为一种有前景的高容量和快速充电 /放电速率的 LIBS 阳极材料。 2 2. 计算细节 我们的理论计算通过在 Dmol3 包中的原子轨函数和非限定自旋法的线性组合来实现。并采用广义梯度近似（ GGA）的 PW91 泛函形式和全电子双数值基组极化函数（ DNP）。由于标准 PW91功能无法给出弱相互作用的准确描述，在计算中我们采用了 DFT+ D（ D 表示色散）与 Ortmann- Bechstedt - Schmidt（ OBS）范德华力修正。实空间全球截止半径设定为 5.1 。 对于 SL（图 1）和 DL（图

7、2）的 H-BSi3 和 R-BSi3，在 X-Y 平面上应用具有周期性边界条件的1 1 晶胞。在 z 轴方向上真空空间设定为大于 20 埃，以避免周期性的图像之间的相互作用。通过几何优化，所有的原子坐标被充分放宽，剩余原子力小于 0.001 Ha/，总能量收敛于10-5Ha。布里渊区集成在一个 (881) MonkhorstPack k-point 网格中。 为了研究 BSi3 硅烯的锂化反应，我们将 BSi3 硅烯上锂的吸附能定义为 Eads ， Eads= E(BSi3 ) + nE(Li_atom) E(BSi3 nLi) 其中 E(BSi3 )， E(Li_atom)， E(BSi3

8、 nLi)分别表示裸 BSi3 硅烯的总能量，孤立锂原子能量， n 个锂原子的锂化 BSi3 硅烯能量。根据这一定义，更真实的吸附能表明锂对 BSi3 硅烯有更强的结合力。 在下文中，我们用符号 Li x B 0.25(1x) Si 0.75(1x)区分锂化BSi3 混合物中锂的不同含量 x。 为了评估相对于 Li 含量 x 的吸附能的偏差，我们计算平均 OCV 给定的含量 x 如下： OCV= E (Li x1B 0.25 Si 0.75 ) E (Li x2B 0.25 Si 0.75 )+（ x2 x1） *E（ Li_bulk） / （ x2 x1） *F 其中 E (Li x1B 0

9、.25 Si 0.75 ), E (Li x2B 0.25 Si 0.75 ) 分别表示锂化 BSi3 混合物中 锂含量 x1 和 x2 的总能量。 F 是法拉第常数， E（ Li_bulk）表示体相 Li 的总能量。根据我们的定义，负的开路电压表明 x1 与 x2 之间锂原子的吸附能小于体相锂的结合能 (1.71eV)，并且吸附锂原子倾向于以团簇形式存在于 BSi3 硅烯表面。 3 外文译文原文： Metallic BSi3 Silicene: A Promising High Capacity Anode Material for Lithium-Ion Batteries Xin Tan

10、, Carlos R. Cabrera, and Zhongfang Chen 1.INTRODUCTION Lithium-ion batteries (LIBs) are ubiquitously used in portable and telecommunication electronic devices and are also promising for electric vehicles and electric grid applications. The search for higher specic capacity electrodes is one of the c

11、entral topics in LIBs, particularly in higher capacity alternatives for graphite anodes. The most commonly used anode in current commercial batteries is graphite, which has acceptable reversibility and charge capacity of 372 mAh/g (Li atoms are stored as LiC6 and inserted between two grapheme layers

12、). Silicon is another promising anode material for high capacity LIBs because of its high theoretical specic capacity (4200 mAh/g),which is 10 times larger than that of the conventional graphite anode. However, Li insertion causes irreversible structural changes and mechanical fracture in battery op

13、eration. Further studies have shown that many silicon nanostructures, such as nanoparticles, nanotubes, And nanowires, could overcome the mechanical instability issues and perform well as anodes. In particular, silicene, the silicon analogue of graphene, has been predicted theoretically to be the be

14、st silicon-based high capacity LIB anode material. The specic charge capacities of single-layer (SL) (954 mAh/g) and double-layer (DL) (715 mAh/g) silicene are comparable to BC3 and signicantly higher than that of graphite； meanwhile, the diusion barriers of Li on the silicene surface are relatively

15、 low, typically less than 0.6 eV. Given that the B-substituted graphite/graphene matrix could better accommodate for extra electrons donated from the 2s electrons of Li, substitution doping with B has been proposed as an ecient approach to modify graphite/graphene to achieve better performance as a

16、LIB anode. Especially, density functional theory (DFT) computations predicted the layered BC3 compounds as a promising high capacity carbon-based anode material for LIBs. The charge capacities of SL (714 mAh/g) and stacked (857 mAh/g) BC3 are about twice as large as graphites, while the mobility of

17、Li on the surface of BC3 is similar to graphite/graphene. Moreover, DFT computations also suggested that the BC3 nanotubes have enhanced capability for lithium storage over pristine carbon nanotubes. Very recently, two BSi3 silicene sheets, one with hexagonal symmetry (H-BSi3 ) and another with rect

18、angular symmetry (R-BSi3 ), have been predicted as the global minimum structures of B-substituted silicene with the stoichiometry B:Si = 1:3 and are rather feasible for experimental realization. Additionally, both H-BSi3 and R-BSi3 (named c-BSi3 and R-I in ref 26) have the planar geometry and are in

19、trinsically metallic, which is in stark contrast to the low buckled and zero-band semimetallic pristine silicene sheet. In principle, the metallic feature and the better conductivity of the BSi3 silicene could facilitate its performance as LIB anodes. The B-substituted doping is an ecient approach t

20、o modify graphene as a better LIB anode, and then a natural question arises: could the intrinsically metallic BSi3 silicene serve as a better high capacity anode than pristine silicene for LIBs? Here we performed extensive DFT computations to explore the feasibility of using the intrinsically metallic BSi3 silicene (H-BSi3 and R-BSi3 ) as a high capacity anode material for LIBs. Our results