密度泛函理論在離子液體電解液研究中有哪些應用？

2024-09-16 13:59:34 sh默尼 14

密度泛函理論(DFT)在離子液體電解液研究中有著廣泛地應用，通過計算離子-離子相互作用能、體系總能量等可確定體系中各原子的電荷分布，預測分子結(jié)構(gòu)、分子反應行為，分析活性物質(zhì)之間的相互作用，進一步探究電極材料的弛豫結(jié)構(gòu)、嵌鋰電位、遷移路徑、活化能、能帶，闡明電池電壓及充放電特性等性質(zhì)。當前，國內(nèi)外已有多個團隊利用DFT探究電池及電容器材料的相關(guān)機理并取得重大突破。

電解液的電子結(jié)構(gòu)和原子的化學環(huán)境是影響電池材料穩(wěn)定性、電子轉(zhuǎn)移和原子鍵合情況的關(guān)鍵因素。由于DFT計算是基于電荷密度，因此在計算過程中可有效獲得包含分子軌道、能帶、態(tài)密度以及電荷分布等的電子結(jié)構(gòu)信息。當前，有關(guān)電解液的電子結(jié)構(gòu)計算有大量的文獻報道。如圖所示[TFSI]^-中的電子電荷主要分布在4個電負性氧原子周圍并表明Li-(TFSI)₂的高穩(wěn)定性是由于Li⁺與[TFSI]^-中氧原子之間的強庫侖相互作用引起的。

眾所周知，電極/電解液界面的穩(wěn)定性與電解液電化學窗口息息相關(guān)，如果界面電解液組分的電化學窗口大于電池的工作電壓，則在電池充放電過程中不發(fā)生電化學分解，電極/電解液界面可以達到真正意義上的穩(wěn)定。綜上，DFT模擬主要基于電子層面對離子液體的性質(zhì)進行分析，在模擬過程中通常結(jié)合其他模擬方法進行綜合分析。

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