苏州催化剂用于钠硫电池的性能测试——清析客户检测案例

类别：客户案例 244 2023-04-10

2023年1月28日，本人接到苏州某大学客户的计算需求。接到反馈后，第一时间与客户进行详细沟通，具体情况如下：

客户背景

客户是苏州某大学的老师，希望通过模拟计算软件，计算石墨、氮掺杂石墨和锰单原子氮掺杂石墨三种催化剂对于钠硫电池的1.反应路径吉布斯自由能，2. Na2S解离能，3. 各中间体吸附能。

样品名称

石墨、氮掺杂石墨，锰单原子氮掺杂石墨。初始结构模型（所建模型如下图所示），分别表示为Graphene、NC和Mn-NC。

客户需求

1. 客户希望通过计算模拟，计算钠硫电池反应路径的自由能，证明三种催化剂对于钠硫电池的活性顺序为：锰单原子氮掺杂石墨 > 氮掺杂石墨 > 石墨。

2. 计算三种催化剂上Na2S解离能，证明锰单原子氮掺杂石墨上，Na2S解离能最小，其次是氮掺杂石墨，最后是石墨。

3. 计算三种催化剂上，钠硫电池反应路径各中间体的吸附能。

（下图为钠硫电池反应路径）

解决方案

采用软件VASP进行能量计算。利用GGA–PBE泛函对电子相互作用进行描述。布里渊区在结构优化和频率计算中采用 3 × 3 ×1 的 K 点网格采样。DFT-D3方法用于描述范德华相互作用，截断能设为500 eV，能量以及力的收敛标准设为10–5eV 和 0.02 eV/?。此外，采用CI-NEB方法计算Na2S在石墨烯、NC和Mn-NC上的分解能垒。

客户反馈

数据结果符合预期，计算周期也与客户承诺一致。最后计算结果符合客户预期，客户对于计算结果非常满意，对工程师的专业度也很认可。

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