密度泛函理论在离子液体电解液研究中有哪些应用?

2024-09-16 13:59:34 sh默尼 5
密度泛函理论(DFT)在离子液体电解液研究中有着广泛地应用,通过计算离子-离子相互作用能、体系总能量等可确定体系中各原子的电荷分布,预测分子结构、分子反应行为,分析活性物质之间的相互作用,进一步探究电极材料的弛豫结构、嵌锂电位、迁移路径、活化能、能带,阐明电池电压及充放电特性等性质。当前,国内外已有多个团队利用DFT探究电池及电容器材料的相关机理并取得重大突破。

电解液的电子结构和原子的化学环境是影响电池材料稳定性、电子转移和原子键合情况的关键因素。由于DFT计算是基于电荷密度,因此在计算过程中可有效获得包含分子轨道、能带、态密度以及电荷分布等的电子结构信息。当前,有关电解液的电子结构计算有大量的文献报道。如图所示[TFSI]-中的电子电荷主要分布在4个电负性氧原子周围并表明Li-(TFSI)2的高稳定性是由于Li+与[TFSI]-中氧原子之间的强库仑相互作用引起的。
众所周知,电极/电解液界面的稳定性与电解液电化学窗口息息相关,如果界面电解液组分的电化学窗口大于电池的工作电压,则在电池充放电过程中不发生电化学分解,电极/电解液界面可以达到真正意义上的稳定。综上,DFT模拟主要基于电子层面对离子液体的性质进行分析,在模拟过程中通常结合其他模拟方法进行综合分析。

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