دراسة مقارنة من مبادئ أولية لتكوين الليثيوم والصوديوم والمغنيسيوم في الفوسفور الأسود من أجل بطاريات أيونات الليثيوم والصوديوم والمغنيسيوم

باستخدام حسابات من مبادئ أولية، نصف ونقارن عمليات تكوين الليثيوم والصوديوم والمغنيسيوم في الفوسفور الأسود الذي له بنية طبقية تشبه الجرافيت لبطاريات أيونات الليثيوم والصوديوم والمغنيسيوم لأن الجرافيت لا يُعتبر مادة قطب لبطاريات أيونات الصوديوم والمغنيسيوم. العمليات الثلاثة متشابهة من حيث حدوث آلية إدخال في تركيزات منخفضة من الليثيوم/الصوديوم/المغنيسيوم، ثم يؤدي إدخال المزيد من الليثيوم/الصوديوم/المغنيسيوم إلى تغيير من آلية الإدخال إلى عملية تخصيب. يظهر الليثيوم والمغنيسيوم آلية إدخال عمودية ويفضلان التواجد في طبقات مختلفة من الفوسفورين، بينما يظهر الصوديوم آلية إدخال مستوية ويفضل التركيز في نفس الطبقة. بالإضافة إلى ذلك، نقارن الخصائص الميكانيكية للفوسفور الأسود أثناء تكوين الليثيوم والصوديوم والمغنيسيوم. من المثير للاهتمام أن تكوين الليثيوم والصوديوم في تركيزات عالية (Li2P وNa2P) يؤدي إلى تليين الفوسفور الأسود، بينما يظهر تكوين المغنيسيوم ظاهرة تقوية. بالإضافة إلى ذلك، فإن انتشار الليثيوم/الصوديوم/المغنيسيوم في الفوسفور الأسود خلال عملية الإدخال هو عملية سهلة على طول قنوات أحادية الأبعاد في الفوسفور الأسود مع حواجز طاقة هامشية. يكون طاقة انتثار الليثيوم أقل في الفوسفور الأسود مقارنة بالجرافيت.