Studi Prinsip Pertama Kinerja Elektrokimia yang Dapat Disesuaikan dari Mxene Bimetalik Berbasis Zr sebagai Bahan Anoda untuk Baterai Li dan Na-Ion: Menjelajahi Efek Sinergis Logam Transisi

ABSTRAK
Dalam studi ini, kami menyelidiki potensi MXenes bimetalik sebagai bahan anoda canggih untuk baterai lithium-ion (LIB) dan baterai sodium-ion (NIB). Menggunakan teori fungsi kerapatan prinsip pertama (DFT), kami secara sistematis memeriksa kinerja elektrokimia MXenes bimetalik berbasis Zr, Zr 2 MC 2 O 2 , dan M 2 ZrC 2 O 2 ( M  = Sc, Ti, V), termasuk stabilitas struktural, sifat elektronik, karakteristik adsorpsi, dan perilaku difusi ion. Penggabungan strategis logam transisi 3d menginduksi efek sinergis yang jelas, secara signifikan meningkatkan konduktivitas elektronik, dengan Sc 2 ZrC 2 O 2 menunjukkan kerapatan keadaan tertinggi pada tingkat Fermi (9,375 keadaan/eV). Energi adsorpsi yang dihitung mengonfirmasi interaksi Li/Na yang kuat, khususnya pada Sc2ZrC2O2 , yang menampilkan afinitas adsorpsi luar biasa sebesar -2,754 dan -2,241 eV untuk Li dan Na, masing-masing. Selain itu, Sc2ZrC2O2 mencapai kapasitas spesifik teoritis yang luar biasa sebesar 429 mA hg -1 untuk NIB dan 213 mA hg -1 untuk LIB. Lebih jauh, Zr2TiC2O2 menunjukkan tegangan sirkuit terbuka (OCV) rata-rata terendah, diukur pada 0,33 V untuk NIB dan 1,23 V untuk LIB . Khususnya, pengenalan logam transisi 3d meningkatkan difusi ion Na sambil mengoptimalkan mobilitas ion Li secara selektif, dengan Sc2ZrC2O2 menunjukkan penghalang difusi ion Li terendah (0,273 eV) dan Zr2TiC2O2 memfasilitasi pengangkutan ion Na dengan penghalang difusi terendah ( 0,309 eV ). Lebih jauh , analisis stabilitas struktural mengonfirmasi bahwa MXenes ini menunjukkan distorsi kisi minimal dan integritas mekanis yang kuat selama litiasi dan sodiasi. Hasil kami menyoroti efek sinergis dari kombinasi logam transisi dalam menyesuaikan sifat elektrokimia MXenes, memposisikannya sebagai kandidat yang menjanjikan un