ВЛИЯНИЕ АТОМОВ ПРИМЕСИ НА СКОРОСТЬ ДИФФУЗИИ ЛИТИЯВ КРИСТАЛЛИЧЕСКОМ КРЕМНИИ


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Квантово-химическим методом DFT исследовано влияние атомов примесей (Al, B, C, Ge, P) на скорость
диффузии лития в кристаллическом кремнии. Для этого произведен расчет величин потенциальных барьеров
для переходов атома лития между потенциальными минимумами вблизи атомов примеси. Показано, что наличие атомов Al и Ge вблизи атома лития снижает высоту энергии перехода на 0,02-0,07 эВ, а присутствие
атомов углерода или бора увеличивает энергию перехода на 0,14-0,17 эВ. При этом атомы фосфора не вносят
существенного вклада в величину энергии перехода. Вычисленные коэффициенты диффузии показывают, что
внесение примесных атомов Al и Ge в кремний ускоряет диффузию лития в ~4 раза при Т = 300 К.

Об авторах

Захар Иванович Попов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Email: zipcool@bk.ru
младший научный сотрудник; Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Александр Семенович Федоров

Институт физики имени Л. В. Киренского Сибирскогоотделения Российской академии наук

Email: alex99@ iph.krasn.ru
доктор физико-математических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории физики магнитных явлений; Институт физики имени Л. В. Киренского Сибирскогоотделения Российской академии наук

Александр Александрович Кузубов

Институт цветных металлов и материаловедения Сибирского федерального университета

Email: alex_xx@rambler.ru
кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физической и неорганической химии; Институт цветных металлов и материаловедения Сибирского федерального университета

Татьяна Александровна Кожевникова

Сибирский государственный технологическийуниверситет

Email: первопринципные расчеты, наноструктуры. E-mail:entalpi@mail.ru
аспирант; Сибирский государственный технологическийуниверситет

Z I Popov

A S Fedorov

A A Kuzubov

T A Kojevnikova

Список литературы

  1. Kasavajjula U., Wang C. S., Appleby A. J. Nanoand bulk-silicon-based insertion anodes for lithium-ion secondary cells // J. Power Sources. Vol. 163. 2007. P. 1003.
  2. Yang J., Winter M., Besenhard J. O. Small particle size multiphase Li-alloy anodes for lithium-ionbatteries // Solid State Ionics. Vol. 90. 1996. P. 281.
  3. Huggins R. A. Lithium alloy negative electrodes formed from convertible oxides // Solid State Ionics. Vol. 113-115. 1998. P. 57.
  4. Winter M., Besenhard J. O. Electrochemical lithiation of tin and tin-based intermetallics and composites // Electrochim. Acta. Vol. 45. 1999. P. 31.
  5. Huggins R. A. Lithium alloy negative electrodes // J. Power Sources. Vol. 81-82. 1999. P. 13.
  6. Lithium Batteries Science and Technology : ed. by G.-A. Nazri and G. Pistoia / Kluwer Academic. N. Y., 2004. P. 113.
  7. Crystalline-Amorphous Core-Shell Silicon Nanowires for High Capacity and High Current Battery Electrodes / Cui Li-Feng, R. Ruffo, C. K. Chan et al. // NanoLetters. Vol. 9 (1). 2009. P. 491.
  8. High-performance lithium battery anodes using silicon nanowires / C. K. Chan, H. Peng, Liu Gao et al. // Nature nanotechnology. Vol. 3. 2008. P. 31.
  9. The crystal structural evolution of nano-Si anode caused by lithium insertion and extraction at room temperature / H. Li, X. Huang, L. Chen et al. // Solid State Ionics. Vol. 135. 2000. P. 181.
  10. Maranchi J. P., Hepp A. F., Kumta P. N. High Capacity, Reversible Silicon Thin-Film Anodes for Lithium-Ion Batteries // Electrochem. Solid-State Lett. Vol. 6. 2003. P. A198.
  11. Obrovac M. N., Christensen L. Structural Changes in Silicon Anodes during Lithium Insertion/Extraction // Electrochem. Solid-State Lett. Vol. 7. 2004. P. A93.
  12. Electrochemically-driven solid-state amorphization in lithium-metal anodes / P. Limthongkul, Y. I. Jang, N. J. Dudney et al. // J. Power Sources. Vol. 119-121. 2003. P. 604.
  13. Electrochemically-driven solid-state amorphization in lithium-silicon alloys and implications for lithium storage / P. Limthongkul, Y. I. Jang, N. J. Dudney et al. // Acta Mater. Vol. 51. 2003. P. 1103.
  14. Wen C. J., Huggins R. A. Chemical diffusion in intermediate phases in the lithium-silicon system // J. Solid State Chem. Vol. 37. 1981. P. 271.
  15. Marel C. V. D., Vinke G. J. B., Lugt W. V. D. The phase diagram of the system lithium-silicon // Solid State Commun. Vol. 54. 1985. P. 917.
  16. Nesper R., Schnering H. G. Li21Si5, a Zintl phase as well as a Hume-Rothery phase // J. Solid State Chem. Vol. 70. 1987. P. 48.
  17. Structure and properties of Li14Si6/Li/2.33/Si/, the violet phase in the lithium-silicon system / H.-G. V. Schnering, R. Nesper, J. Curda, K.-F. Tebbe // Z. Metallkunde. Vol. 71. 1980. P. 357.
  18. Li12Si7, a Compound Having a Trigonal Planar Si4 Cluster and Planar Si5 Rings / H. G. Schnering, R. Nesper, J. Curda et al. // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. Vol. 19. 1980. P. 1033.
  19. Evers J., Oehlinger G., Sextl G. High-Pressure Synthesis of LiSi: Three-Dimensional Network of Three- Bonded Si-Ions // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. Vol. 32. 1993. P. 1442-1444.
  20. Lithium monosilicide (LiSi), a low-dimensional silicon-based material prepared by high pressure synthesis: NMR and vibrational spectroscopy and electrical properties characterization / L. A. Stearns, J. Gryko, J. Diefenbacher et al. // J. Solid State Chem. Vol. 173. 2003. P. 251.
  21. Crystal and electronic structure of Li15Si4 / Y. Kubota, M. Escano, H. Nakanishi, H. Kasai // J. Appl. Phys. Vol. 102. 2007.
  22. Атабаев Н. Г., Матчанов Н. А., Бахранов Э. Н. Низкотемпературная диффузия лития в твердые растворы кремний-германий // ФТТ. 2001. Т. 43. С. 2040-2041.
  23. Kohn W., Sham L. J. Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects // Phys. Rev. Vol. 140. 1965. P. 1133.
  24. Perdew J. P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized Gradient Approximation Made Simple // Phys. Rev. Lett. Vol. 77. 1996. P. 3865-3868.
  25. Kresse G., Hafner J. Ab initio molecular dynamics for liquid metals // Phys. Rev. B. Vol. 47. № 1. 1993. P. 558-561.
  26. Kresse G., Hafner J. Ab initio molecular-dynamics simulation of the liquid-metal-amorphous-semiconductor transition in germanium // Phys. Rev. B. Vol. 49. № 20. 1994. P. 14251- 4269.
  27. Kresse G., Furthmüller J. Efficiency of ab-initio total energy calculations for metals and semiconductors using a plane-wave basis set // Computer Material Science. № 6. 1996. Р. 15.
  28. Kresse G., Furthmüller J. Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set // Phys. Rev. B. Vol. 54. 1996.
  29. Vanderbilt D. Soft self-consistent pseudopotentials in generalized eigenvalue formalism // Phys. Rev. B. Vol. 41. 1990. P. 7892.
  30. Monkhorst H. J., Pack J. D. Special points for Brillouin-zone integrations // Phys. Rev. B. Vol. 13. 1976. P. 5188-5192.
  31. Henkelman G., Jonsson H. Improved tangent estimate in the nudged elastic band method for finding minimum energy paths and saddle points // J. Chem. Phys. Vol. 113. 2000. P. 9978-9985.
  32. Vineyard G. V. Frequency factors and isotope effects in solid state rate processes // J. Phys. Chem. Solids. Vol. 3. 1957. P. 121-127.
  33. Fedorov A. S., Sorokin P. B., Kuzubov A. A. Ab initio study of hydrogen chemical adsorption on platinum surface/carbon nanotube join system // Phys. Stat. Sol. B. Vol. 245. 2008. P. 1546-1551.
  34. Pell E. M. Diffusion of Li in Si at High T and the Isotope Effect // Phys. Rev. Vol. 119. № 3. 1960. P. 1014-1021.
  35. Pell E. M. Diffusion Rate of Li in Si at Low Temperature // Phys. Rev. Vol. 119. № 4. 1960. P. 1222-1225.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Попов З.И., Федоров А.С., Кузубов А.А., Кожевникова Т.А., Popov Z.I., Fedorov A.S., Kuzubov A.A., Kojevnikova T.A., 2011

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах