[发明专利]一种碳材料的应用及其模拟仿真方法

权利要求书

1.一种碳材料在钠离子电池中的应用，所述碳材料为二维材料，其特征在于：作为钠离子电池的负极材料，碳材料为二维碳同素异形体net-τ或net-C18。

2.一种二维碳同素异形体net-τ或net-C18的模拟仿真方法，其特征在于：net-τ或net-C18作为钠离子电池负极材料，模拟仿真方法包括以下步骤：

（1）基于第一性原理和密度泛函理论，构建二维材料模型，并对材料结构进行优化，得到材料稳态构型；

（2）计算二维材料的能带和电子态密度，分析结构的稳定性；

（3）通过差分电荷密度分析材料的电子特性，采用CI-NEB方法分析钠离子在材料中扩散过程，分析材料的比容量和开路电压。

3.根据权利要求2所述的模拟仿真方法，其特征在于：步骤（1）包括根据二维材料的晶格参数、原子种类、原子个数和原子间键长构建周期性二维蜂窝状晶体结构模型；利用VASP软件模拟程序对二维材料进行结构优化，获得材料稳态构型。

4.根据权利要求2所述的模拟仿真方法，其特征在于：步骤（3）中，通过差分电荷密度分析材料的电子特性包括以下步骤：

（a）根据结构模型的特点选取原始晶胞，在原始晶胞的不等价位上进行单个Na原子吸附，确定Na原子吸附的稳定位点；

（b）计算Na原子吸附的稳定位点的电子态密度和bader电荷数值，并绘制差分电荷密度图；

（c）分析Na原子和C原子之间的相互作用。

5.根据权利要求2所述的模拟仿真方法，其特征在于：步骤（3）中，采用CI-NEB方法分析Na离子在材料中扩散过程包括以下步骤：

（a）根据Na原子吸附的稳定位点规划Na离子的迁移路径；

（b）采用CI-NEB方法确定相邻稳定位点之间的多迁移通道，在相邻的两个吸附位点之间插值进行计算，寻找鞍点，得出势垒高度，绘制不同迁移路径的扩散势垒图；

（c）并考虑扩散系数和静电势分布，选择Na离子的最优扩散路径。

6.根据权利要求2所述的模拟仿真方法，其特征在于：步骤（3）中，分析材料的比容量和开路电压包括以下步骤：

（a）将不同Na原子吸附位点的吸附能进行排序，将对应最大吸附能的Na吸附位点全部上下对称放置Na原子，进行吸附，得到稳定吸附构型；

（b）在上一轮吸附构型的基础上，再进行单个Na原子吸附，寻找新的不等价吸附位点，然后再根据Na吸附位点的吸附能大小排序，把本轮中最大吸附能的Na吸附位点全部上下对称放置Na原子，进行吸附，得到新一轮的稳定吸附构型；以此类推，得到最终吸附构型；

（c）对最终吸附构型采用分子动力学方法模拟室温下吸附构型的稳定性；

（d）计算最终吸附构型的比容量和开路电压。