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    揭示電解液與界面奧秘，理論計算賦能水系電池創新
    來源： 時間：2025-09-03 16:04:19 瀏覽：259次

    揭示電解液與界面奧秘，理論計算賦能水系電池創新


    隨著全球對高安全、低成本儲能需求的激增，水系電池成為了下一代電池技術的重要候選者。然而，其性能瓶頸，如循環壽命、能量密度等，深深根植于復雜的電解液化學和電極-電解液界面行為之中。為了從微觀尺度破解這些難題，測試狗科研服務精心打造了一套基于水系電池研究的理論計算解決方案，綜合運用密度泛函理論（DFT） 和分子動力學（MD） 模擬，為水系電池的研發提供從原子到介觀尺度的深刻洞察與精準預測。


    1. 電解液穩定性與SEI形成分析

    研究內容：通過量子化學計算（DFT）電解液分子或添加劑分子的軌道能級（HOMO與LUMO），精確估算其電化學穩定窗口，預測其作為SEI/CEI成膜添加劑的能力。此項分析可有效評估副反應風險與電池安全性，并揭示界面電子轉移的微觀機理。

    2. 陰離子極性分析

    研究內容：通過計算陰離子表面的靜電勢（ESP）分布，量化其極性大小（Anion Polarity Index, API）。該指標直接關聯陰離子與水分子的結合能，為篩選和優化電解液鹽類、理解離子溶劑化結構提供了關鍵的理論描述符。

    陰離子極性計算案例

    陰離子極性計算案例


    3. 分子極性指數與配位能模型

    研究內容：延伸陰離子極性的概念，通過DFT計算分子的極性指數（MPI），并建立其與金屬離子（如Zn2?）的配位能之間的定量關系。該模型可用于高效篩選能優化溶劑化結構、抑制副反應的功能性添加劑分子。

    4. 金屬離子溶劑化結構模擬

    研究內容：利用分子動力學（MD）模擬，在原子層面可視化并統計金屬離子（如Zn2?）在水系電解液中的溶劑化鞘層結構，包括配位分子種類、數量、鍵長和鍵角。這是理解離子傳輸和去溶劑化過程的基礎。

    5. 氫鍵網絡與分布研究

    研究內容：通過MD模擬，統計分析電解液體系中氫鍵的數量、類型、壽命和空間分布。氫鍵網絡的結構直接影響電解液的粘度、離子電導率和離子遷移方式，是調控電解液宏觀性能的關鍵微觀因素。

    6. 物質遷移與擴散行為模擬

    研究內容：基于MD模擬，計算離子或其他活性物質在電解液中的擴散系數，直觀展示其遷移路徑和動力學行為。該研究直接關聯電池的倍率性能和功率密度。

    7. 離子擴散能壘計算

    研究內容：采用DFT方法（如NEB）計算離子在電極材料內部或表面遷移的能壘。該能壘是決定離子固相擴散快慢的核心參數，對于評估電極材料的倍率性能至關重要。

    離子擴散能壘計算案例

    離子擴散能壘計算案例


    8. 雙電層結構模擬

    研究內容：利用MD模擬研究在電場作用下，電極-電解液界面處的雙電層結構，精確分析界面處離子和溶劑的濃度分布、取向及分層情況。這對于理解界面電荷傳輸和反應動力學具有重要意義。

    9. 相場模擬

    研究內容：采用相場模擬這一介尺度計算方法，研究電極表面枝晶的生長形貌、動力學過程及其與應力場的相互作用。該方法能夠直觀預測枝晶生長，為抑制枝晶、提升電池循環壽命提供設計策略。



    測試狗科研服務提供的理論計算項目構成了一個多尺度、多角度的完整研究體系。從單個分子的電子結構（DFT）到百萬原子體系的動態演化（MD），再到枝晶生長的介觀模擬（相場），它們相互關聯、層層遞進，能夠系統地解決水系電池在電解液設計、界面調控、離子傳輸等方面的核心科學問題。

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    12條評論
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    全部 3小時前 四川
    文字是人類用符號記錄表達信息以傳之久遠的方式和工具。現代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產生書面文字，很多小語種，有語言但沒有文字。文字的不同體現了國家和民族的書面表達的方式和思維不同。文字使人類進入有歷史記錄的文明社會。
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