用于后离子电池的烯碳酸盐-金属盐电解液的扩散和结构:从实验到模拟
Argyrios V Karatrantos1,2, Maleen Middendorf3,4, Daniil R Nosov1,5
1Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST), 5 avenue des Hauts-Fourneaux, L-4362 Esch-sur-Alzette, Luxembourg.
有机电解质中的离子扩散会影响金属离子电池的性能. 这项研究揭示了阴离子大小如何影响溶剂和离子的移动性,这对于电池设计至关重要.
科学领域:
- 电化学 电化学 电化学
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 物理化学 物理化学
背景情况:
- 金属离子电池的性能严重依赖于有机溶剂电解质内的离子扩散.
- 了解这些电解质的取决于温度的行为对于优化电池设计和效率至关重要.
研究的目的:
- 为了研究溶剂和离子在金属离子电池的碳酸 (PC) 基电解质中的温度依赖的扩散.
- 阐明了离子体大小和PC溶剂和离子 (TFSI-, PF6-) 的扩散动态之间的关系.
主要方法:
- 进行了脉冲场梯度核磁共振 (PFG-NMR) 实验.
- 采用完全原子化的分子动力学 (MD) 模拟,使用非极化电荷缩放的力场.
- 辐射分布函数被计算为分析分子相互作用.
主要成果:
- 碳酸 (PC) 溶剂和离子在扩散方面表现出阿雷尼乌斯型的温度依赖性.
- 较大的单价离子 (Li+,Na+,K+) 增强了PC扩散,但较大的双价离子 (Mg2+,Ca2+,Sr2+,Ba2+) 减少了PC扩散.
- 离子扩散对于LiTFSI和NaTFSI是相似的,随着双价电解质中的离子体大小的增加而减少.
- MD模拟准确地预测了实验扩散系数.
结论:
- 扩散行为受到阳离子大小和溶解动态的强烈影响.
- 单价离子增强PC扩散与增加大小由于减少溶解相互作用.
- 由于增加了阴离子 - 阴离子协调和溶解相互作用,二价阳离子降低了阳离子和PC扩散.
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