【研究背景】
自中央经济工作会议和两会提出“碳达峰”和“碳中和”的概念以来,能源产业的深度变革已经成为当下的热门议题。发展高能量密度的储能设备和可再生能源技术是确保实现“碳达峰”“碳中和”的重要途径之一。具有超高能量密度(比传统的锂离子电池高2-6倍)的锂金属电池(LMBs),被认为是下一代高能量密度电池体系中最有潜力的研究方向之一。然而,锂金属负极表面沉积的不均匀锂枝晶和疏松多孔的固体电解质界面膜(SEI),会导致LMBs不可逆的容量损失和安全隐患,这严重限制了LMBs电池体系的发展和商业化应用。
通过改变电解液体系的组分和浓度,调控锂金属电极表面SEI膜形成,是提高锂金属电池循环性能和安全性的有效手段。近年来,高浓度电解液和复杂协同电解液,在构建电池体系中表现出优异的性能。然而,由于锂金属电池和电解液的界面化学反应过程过于复杂,目前电极电解液界面反应机理仍不明确,从原子层面探究微观反应机理,为实验开发新型电解液体系提供了可靠的理论思路。例如,采用量子化学和分子动力学等计算模拟手段可以从原子和分子角度阐明复杂的电池界面反应过程和SEI膜的形成机制。
【成果简介】
苏州大学功能纳米与软物质研究院(FUNSOM)刘越博士(第一作者)、程涛(通讯作者)教授,在ACS Energy Letter上,发表了题为“Predicted Operando Polymerization at Lithium Anode via Boron Insertion”的研究工作。该工作采用QM/MM混合分子动力学方法,探究了LiDFOB+LiTFSI/DME双盐电解液体系在锂金属表面反应机理,和SEI膜形成过程中的聚合过程,阐明了多组分锂盐的协同作用机制,并结合RDF和XPS等模拟手段进一步分析了1 ns分子动力学模拟后的SEI膜的主要产物。
【研究亮点】
1)通过QM/MM混合分子动力学模拟,实现长时间(纳秒级)SEI膜形成过程的直接模拟
2)通过分子动力学模拟技术,提出了硼原子插入DME分子的碳氧键,从而引发原位聚合的反应机理
3)阐明了双盐电解液体系的协同反应机制,通过多组分协同反应过程,形成无机-有机共存的SEI膜
【图文详情】
作者采用QM/MM混合分子动力学模拟(Hybrid ab initio and reactive force field reactive dynamics, HAIR)探究单、双盐体系LiDFOB和LiTFSI在锂金属表面的反应机理。发现在双盐体系中,LiDFOB的分解明显变慢,这是由于锂盐LiTFSI首先发生分解,保护锂盐LiDFOB。同时,由LiDFOB分解产生的硼原子(图1),会进一步进攻DME中的C-O键,这种插入反应“切断”了DME的端基,从而“活化”了DME溶剂分子(图2),诱导聚合反应发生。
图1. DFOB–分解和硼原子插入反应的HAIR分子动力学模拟轨迹。
图2中为“End-group cutting mechanism”示意图和聚合过程示意图,通过硼原子插入反应,DME分子发生分解,同时产生的分子碎片会进一步和硼原子以及锂盐分子碎片进一步聚合。
图2. “End-group cutting mechanism”示意图和聚合过程示意图。
通过比较单盐体系3M LiTFSI/DME,4M LiDFOB/DME和双盐体系4M LiTFSI + LiDFOB/DME体系的分子动力学模拟结果,作者发现单盐体系中DME并没有发生分解反应,且没有观察到聚合反应的过程。这是由于LiTFSI和LiDFOB锂盐在双盐体系中起到了协同作用(图3)。一方面,LiTFSI的快速分解可以保护LiDFOB,同时消耗一定量的自由Li0,避免产生的自由硼原子被Li0配位,失去活性;另一方面,LiDFOB分解产生的硼原子可以引发DME的分解和聚合物生长过程。因此,单盐的LiTFSI/DME体系不存在硼原子,不能引发聚合过程,而LiDFOB/DME体系中尽管会产生硼原子,但是由于硼原子会快速被Li0配位形成Li3B和LiBO,导致没有自由的硼原子引发DME分解,从而不能发生聚合过程。
图3. 双盐体系中协同作用机制。
以上的提出的机理不仅通过径向分布函数和产物分布分析进一步验证,同时结合XPS模拟手段,与实验XPS结果进行比较。图4列出采用分子动力学模拟结果得到的XPS数据与实验数据的对比,包括单盐和双盐体系的结果,其中C-F到Li-F的化学位移为3.8 eV,与实验结果3.9 eV十分吻合。
图4. XPS的模拟结果与实验结果比较。
Yue Liu, Peiping Yu, Qintao Sun, Yu Wu, Miao Xie, Hao Yang, Tao Cheng*, and William A. Goddard III, Predicted Operando Polymerization at Lithium Anode via Boron Insertion. ACS Energy Lett. 2021, 6, 2320−2327.
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c00907
作者简介:
程涛教授简介:2007年至2012年于上海交通大学获得学士、硕士和博士学位。2012年至2015年在美国加州理工学院从事博士后研究。2015年至2018年在美国光合成联合研究中心(加州理工分部)任研究科学家。2018年11月加入苏州大学功能纳米与软物质研究院,被聘为教授、博士生导师。近五年来,主要从事理论化学与能源催化交叉领域的理论研究。开发理论模拟计算方法并将其应用于能源相关的重要电化学反应其中包括反应机理研究、材料性质预测和先进功能材料的设计。在电池相关的模拟工作中,建立了具有特色的多尺度模拟方法,并将这些方法应用于高能量密度电池固体电解质界面的研究。为进一步提高电池的性能和安全性提供了理论基础。
迄今为止共发表SCI论文90余篇。部分文章发表在Science, Nat. Catal., Nat. Chem. Proc. Natl. Acad. Sci. USA、J. Am. Chem. Soc.、J. Phys. Chem. Lett.等。原创成果曾被选为J. Am. Chem. Soc.内封面插图文章,被J. Am. Chem. Soc. spotlight和AIP等媒体予以亮点报道和专题评述。受邀担任30余个国际主流学术期刊审稿人。程涛教授课题组主页:https://cheng-group.xyz/
锂电池负极析锂不仅会导致电池性能下降、大大缩短循环寿命,而且会限制快速充电能力,甚至会造成燃烧、电池膨胀、甚至爆炸等安全隐患。 本文将介绍析锂的分类、...
2023-08-10 来源:未知 浏览:77 次
0 1 项目启动 包含:项目基本信息表、启动工作流程、启动工作计划、项目管理计划、项目组织结构、职责分工表、项目范围、培训计划、启动会议流程9个表格内容。 0...
2023-08-10 来源:未知 浏览:68 次
项目管理全流程 做项目管理,流程一般概括为 10大知识领域、49个过程和5大阶段 。只要掌握了这三个框架,那么项目管理就可以做到按照计划有条不紊地进行。 01 启动阶...
2023-08-10 来源:未知 浏览:156 次
前言 过程方法是质量管理体系构建的关键,基于过程方法策划和构建质量管理体系是确保质量管理体系有效实施,杜绝质量管理体系两层皮的关键。本文整理了组织质量...
2023-08-10 来源:未知 浏览:153 次
针状焦是炭素材料中大力发展的一个优质品种,具有低热膨胀系数、低空间系数、高导电率及易石墨化等优异性能,主要用于生产大规格高功率和超高功率石墨电极和特种...
2023-08-10 来源:未知 浏览:126 次
方法一 将数据导入Origin中新建的工作簿中,画出曲线图。 点击主界面的AnalysisPeaks and BaselinePeak AnalyzerOpen Dialog。即可得到右方的小窗口,并点击Fit Peaks(Pro)(拟合峰),再...
2023-08-02 来源:未知 浏览:63 次
关于拉曼数据,我们一般会关注两个峰的位置,分别是D峰和G峰。 D峰和G-峰均是C原子晶体的 Raman特征峰,分别在1350cm -1 和 1580 cm -1 附近,D峰反应的是晶格的碳缺陷,G峰...
2023-08-02 来源:未知 浏览:167 次
1、关于比表面积输出报告的一些数值的简单解释及一些名词代表内容和数值选定如下图 1 2 3 4 5 6 7BJH吸附孔径分布 8BJH脱附孔径分布 BJH吸附和脱附孔径分布绿色圈框起来的...
2023-08-02 来源:未知 浏览:150 次
物理吸附提供了测定催化剂表面积、平均孔径及孔径分布的方法(一般而言指N2吸脱附实验)。 在进行氮气吸脱附表征的时候一般会给出如下数据:氮气吸脱附曲线(Ni...
2023-08-02 来源:科学指南针 浏览:114 次
XRD分析软件Jade运行时出现339错误,提示OCX文件未正确注册怎么办?这个情况确实非常普遍, 特别是当你换了新电脑的时候,经常会出现这个问题,那么怎么解决呢? 操作...
2023-07-23 来源:未知 浏览:148 次
2020年年初国家科技部正式印发《关于破除科技评价中唯论文不良导向的若干措施(试行)》通知,明确要求破除唯论文论不良导向,打造中国高质量科技期刊。那么高质...
2023-07-21 来源:未知 浏览:143 次
在CV曲线中,从电位V1增加到V2时,电流发生变化,因此,式(3)可以写成它的最初形式 如何使用OriginLab软件从循环伏安CV曲线数据计算比容量( ) 比容量 的公式如下: 其...
2023-07-19 来源:未知 浏览:71 次
现代分析技术按测试手段的不同可分为X射线衍射分析(XRD),电子显微分析(TEM、SEM、EPMA、AFM)热分析(DTA、TG、DL、DSC和DMA)、振动光谱(FT-IR)、色谱分析(GC和LC)、核...
2023-07-19 来源:科学指南针 浏览:169 次
小编带你一起了解可用于高分子材料的结构表征仪器及方法! 红外光谱分析 红外光谱是一种分子吸收光谱,又称有机分子的振-转光谱。最突出的优点是具有高度的特征性...
2023-07-19 来源:科学指南针 浏览:98 次
1. XRD衍射花样都包括什么内容? 图1 X射线衍射谱分解 2.XRD谱图精修需要进行哪些工作? 软件 数据 初始模型(Le Bail等profile matching模式不需要) 精修 作图 A.软件。 软件有...
2023-07-19 来源:科学指南针 浏览:151 次
一、X光电子能谱分析的基本原理 X光电子能谱分析 的基本原理:一定能量的X光照射到样品表面,和待测物质发生作用,可以使待测物质原子中的电子脱离原子成为自由电...
2023-07-19 来源:未知 浏览:142 次
红外可分远中近,中红特征指纹区, 1300来分界,注意横轴划分异。 看图要知红外仪,弄清物态液固气。 样品来源制样法,物化性能多联系。 识图先学饱和烃,三千以下...
2023-07-19 来源:未知 浏览:144 次
1.2 测试对象 可对大多数的金属元素和部分非金属元素进行多元素分析,不适用于测试C、H、O元素 。适合分析的材料类型有:金属、化学品、药品、石油、陶瓷、食品、电...
2023-07-19 来源:未知 浏览:148 次
项目简介 常规 XRD数 据分析 可以做结晶度计算,晶粒尺寸计算,物相鉴定,晶面标注,全岩/黏土分析。 结晶度计算说明: 相对结晶度的计算采用如下公式 式中:Ic为结...
2023-07-19 来源:未知 浏览:53 次
煤中硫元素 1.镜质组 及其焦- 化后的衍 1.硫的赋存形态 煤中硫分为无机硫和有机硫两大类,此外还有一部分硫以元素硫的形式存在。无机硫包含硫化物硫和硫酸盐硫,其...
2023-07-15 来源:未知 浏览:54 次
写竞品分析文档是数据产品经理必备技能, 知己知彼百战不殆,竞品分析文档对于产品新人来说,几乎是必备的,无论是竞品分析也好,还是产品体验报告,最终的目的...
2023-07-15 来源:未知 浏览:72 次
安排工作,需要遵循六个基本步骤(尤其是第五步,经常被忽略),否则,就会出现管理失控。除了必要的步骤之外,管理者在安排工作之前,还要进行六点前提性思考,...
2023-07-15 来源:未知 浏览:155 次
1.奥格尔维定律:善用比我们自己更优秀的人 2.光环效应:全面正确地认识人才 3.不值得定律:让员工选择自己喜欢做的工作 4.蘑菇管理定律:尊重人才的成长规律 5.贝尔...
2023-07-15 来源:未知 浏览:145 次
Echarts是一个基于JavaScript的开源图表库,用于创建各种交互式的数据可视化图表。它由百度开发并维护,提供了丰富的图表类型和灵活的配置选项,使开发者能够轻松地将...
2023-07-15 来源:未知 浏览:162 次
01项目经理综合能力与研发模型 项目经理综合能力与研发模型 02项目整体管理 项目整体管理 03项目需求管理 04项目风险管理 05项目质量管理 06人力资源管理、沟通管理与...
2023-07-15 来源:未知 浏览:178 次
硬碳作为一种极有前途的钠离子负极候选材料,因其结构的可调性和中较高的容量而受到广泛关注。研究了硬碳中碳基质与钠离子储存机理的关系,为硬碳的结构工程提供...
2023-07-15 来源:未知 浏览:144 次
煤炭作为我们生活中能源利用的重要来源之一被广泛使用,现有的煤炭储存大多数是露天储存。这样存储的煤炭处于日晒雨淋的状态,优质的煤炭容易变质失去高燃烧价值...
2023-07-15 来源:未知 浏览:94 次
无论是褐煤或无烟煤,它们的结构单元都是由多芳香环组成,不同的是褐煤的结构单元中芳香环的缩聚程度小,同时芳香环上有较多的侧链;无烟煤的结构单元中的芳香环...
2023-07-15 来源:未知 浏览:194 次
一、 中国关键战略材料国产替代化现状及关键瓶颈 根据《新材料产业发展指南》所确定的关键战略材料领域发展重点,选取 稀土功能材料、先进半导体及芯片制造材料、...
2023-07-15 来源:未知 浏览:108 次
1 )国内储能市场参与者全景图 2 )储能分类 供应端(表前市场): 表前储能即安装于用户侧电表外的储能系统,包括安装于电源侧、电网侧的储能系统,由于装机规模...
2023-07-15 来源:未知 浏览:82 次
摘要 锂离子电池故障诱发的安全事故严重阻碍了其在交通、储能等领域的大规模应用,而精准有效的故障诊断方法是解决这一问题的关键。然而,不同场景下锂离子电池...
2023-07-15 来源:未知 浏览:118 次
在碳达峰碳中和背景下,煤炭不再作为单一燃料来使用,而是作为原料和材料迎来更广阔的发展空间。现代煤化工是提高煤炭清洁高效利用水平,实现煤炭由单一燃料向原...
2023-07-15 来源:未知 浏览:73 次
负极行业更新:二季度惨烈见底,关注底部投资机会 这两周连续调研了一些负极企业,更新如下: 1、为什么是二季度? 售价端:3-4月有一轮价格战,反应在报表端预计...
2023-07-15 来源:未知 浏览:140 次
辅导与知识管理,是培训体系落地及培训项目落地的重要保证, 也是管理者必备的领导力。 在721人才发展模型中,辅导在20%的向他人学习中,具有举足轻重的作用。并且...
2023-07-15 来源:未知 浏览:172 次
管理的核心是管人,理事。 理事是一个逻辑命题,是可以找到清晰的答案,并有着明确的学习方向。 而管人则是非逻辑命题,与人性息息相关,也是管理中最难的部分。...
2023-07-15 来源:未知 浏览:151 次
人与人最本质的区别就在于,看问题的维度不一样。高维的人,很容易就能理解低维的人;而低维的人,可能永远没办法理解高维的人。这与你的出身无关,与你的财富多...
2023-07-15 来源:未知 浏览:173 次
在各类沟通场景中,清晰、有逻辑的表达对于传达信息至关重要。SCQA模型(Situation,Complication,Question,Answer)作为《金字塔原理》中的一种结构化表达工具,不仅能够帮...
2023-07-15 来源:未知 浏览:124 次
不管是你硕士还是博士,也不管你是写小论文还是大论文, 想要提高专家评审通过的概率,就得在创新上下功夫 。 这是身边人都会告诉你的。 然而,想要获得 突破性的...
2023-07-15 来源:未知 浏览:137 次
from everybody knows to nobody knows,对如何讲学术故事形容的非常好! 我补充一点,这里面这个everybody也是有讲究的,比如你的文章要投science/nature,那这个everybody可能就得是所...
2023-07-15 来源:未知 浏览:179 次
远景动力推出全球首批“碳中和储能电池”,同时宣布,已经于2022年年底实现全球业务运营碳中和,2028年底实现全价值链碳中和。...
2023-07-15 来源:未知 浏览:194 次
2023太原中考录取 1.2023山西中考太原录取 最低提档分数线 525 分 2.山大附第一志愿分数线为 682 分 3.五中青年路校区分数线为 674 分,龙城校区为 669 分 4.成成晋源校区分数...
2023-07-15 来源:未知 浏览:146 次
1、电化学储能行业概况 电化学储能定义 电化学储能就是电池储能,其技术特点均是利用化学元素作为储能介质,充、放电过程,实际上就是储能介质的化学反应或者变价...
2023-07-13 来源:未知 浏览:60 次
1、中国电化学储能新增装机规模整体呈现上涨趋势 从新增装机规模来看,近年来中国电化学储能新增装机规模整体呈现上涨趋势。2021年,中国电化学储能新增装机规模大...
2023-07-13 来源:未知 浏览:143 次
一、产业链情况 储能是指通过介质或设备把能量转化为在自然条件下较为稳定的存在形态并储存起来,以备在需要时再释放的过程。一般可根据能量存储形式的不同分为...
2023-07-13 来源:未知 浏览:80 次
从当前的国自然评审进程上,当前已经进入人才类、重点类的项目答辩评审,稍晚后会进行学科(面青地)的评审。 对于国自然的会评,分为几个部分: 1、对于人才类...
2023-07-10 来源:未知 浏览:106 次
很多技术人员都想成为管理者,做项目经理也是一条路径,但是我见到过很多技术人员,虽然技术方面很厉害,但是做项目管理却很难做好。 这本身是一个技术思维和管...
2023-07-10 来源:未知 浏览:141 次
为什么起这个标题? 是近几年来,对多家工厂/不同的企业,运营活动的现况把握与思考。 班组太重要了,企业的经营活动,创造价值的,能够为老板赚钱的都在现场,在...
2023-07-10 来源:未知 浏览:108 次
1、工具可以大大的提高效率,人和动物最大的区别是创造工具、使用工具 ,深度复盘这个过程,就会看到不一样的价值点; (1)为了更好(多、快、好、省)的去完成...
2023-07-10 来源:未知 浏览:116 次