بررسی ویژگی های مکانیک کوانتومی برخی نانو لوله های کربنی و نیترید بور دسته صندلی برای ایجاد باتری های یون منیزیم: یک مطالعه محاسباتی

باتری های قابل شارژ یون منیزیم  برای ذخیره ی انرژی الکتریکی مفید هستند زیرا فراوانی و چگالی انرژی منیزیم از لیتیم بیشتر است. در این تحقیق، با استفاده از محاسبات مکانیک کوانتومی ساختار اولیه ی نانولوله های کربنی تک دیواره دسته صندلی (4و4)، (5و5) و (6و6) با استفاده از روش m06-2x و مجموعه پایه ی (d,p) 6-31g توسط بسته نرم افزاری گوسین 09 بهینه شده است. سپس، برهمکنش یون منیزیم با این ساختارها مطالعه شد تا قابلیت آنها برای ساخت باتری های منیزیمی ارزیابی شود. نتایج نشان می دهد که کمپلکس های ایجاد شده از این ساختارها انرژی های اتصال خوبی دارند و هرچه قطر خارجی نانو لوله ها بیشتر باشد انرژی اتصال مطلوب تر است. در واقع، فاصله انرژی این نانو لوله ها با افزایش قطر نانولوله کاهش می یابد و بر قدرت اتصال آنها به یون منیزیم تاثیر می گذارد. از طرفی، نانو لوله های نیترید بور متناظر با نوع کربنی نیز با روش مشابهی بهینه شد و برهمکنش یون منیزیم با این ساختارها نیز بررسی شد. نتایج نشان می دهد که نانو لوله های نیترید بور با قطر خارجی کمتر کمپلکس های با انرژی اتصال بیشتر با یون منیزیم تشکیل می دهند. به طور کلی، هر دو نوع این نانو لوله ها گزینه های خوبی برای تهیه ی ماده ی آندی در باتری های یون منیزیم هستند. سرانجام، بیشتر شدن انرژی اتصال کمپلکس های آنها با یون منیزیم با افزایش ولتاژ باتری همراه است.

investigating the quantum mechanical properties of some carbon and boron nitride nanotubes for preparing magnesium ion batteries: a computational study

magnesium ion rechargeable batteries are useful for storing electrical energy because the abundance and energy density of magnesium is higher than lithium. in this research, the primary structures of the (4, 4), (5, 5) and (6, 6) single-walled carbon nanotubes were optimized using the m06-2x method and the 6-31g(d,p) basis set using gaussian 09 program package. then, the interaction of magnesium ion with these structures was studied to evaluate their ability to make magnesium batteries. the results show that the complexes created from these structures have good binding energies and the larger the outer diameter of the nanotubes, the more favorable the binding energy. in fact, the energy gap of these nanotubes decreases with the increase of the diameter of the nanotubes and affects their binding strength to magnesium ions. on the other hand, boron nitride nanotubes corresponding to carbon type were also optimized with a similar method and the interaction of magnesium ion with these structures was also investigated. the results show that boron nitride nanotubes with smaller outer diameters form complexes with higher binding energies with magnesium ions. in general, both types of these nanotubes are good options for preparing the anode material in magnesium ion batteries. finally, increasing the binding energy of their complexes with magnesium ions is associated with increasing battery voltage.