Nature Energy:水系电池新架构!流动锌浆料突破枝晶与颗粒聚集
电池

Nature Energy:水系电池新架构!流动锌浆料突破枝晶与颗粒聚集

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流动锌浆料可以通过外部储罐调节储能容量,但锌颗粒在循环中容易聚集、沉降和过度生长,最终使浆料失去流动性。本文将纳米锌、纳米中空碳导电网络、PVP分散剂和3-巯基-1-丙醇(MPA)配体组成流动锌浆料,通过配体限域稳定锌纳米晶,实现均匀、可逆的Zn/Zn²⁺转化。优化后的锌浆料库仑效率达到99.94%,连续运行5128小时;与MnO₂和O₂正极匹配后,进一步验证了其在长循环和持续放电储能中的应用潜力。理论计算通过分子动力学、DFT结合能与吸附能计算、静电势分析和有限元模拟,解释MPA如何调控Zn²⁺溶剂化和锌沉积过程。
Nat. Chem.:删掉α-H,不用氟也能稳定到5.6 V!高压锂电池溶剂新设计
电池

Nat. Chem.:删掉α-H,不用氟也能稳定到5.6 V!高压锂电池溶剂新设计

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高电压锂金属电池需要电解液在4.6 V以上保持稳定,但常规非氟溶剂容易氧化,高浓盐和氟化溶剂又面临成本、环境及分解副产物问题。本文发现,羧酸酯溶剂的主要失效路径是羰基α-H触发的α-氧化。作者将乙酸甲酯(MA)的α-H全部替换为甲基,设计出非氟溶剂三甲基乙酸甲酯(MTMA),阻断溶剂氧化,并用于高电压Li/LRMO电池和安时级软包电池。理论计算表明,MA自由基阳离子最容易通过α-C–H断裂形成稳定自由基;去除α-H后,该低能分解路径被关闭。即使MTMA及其他无α-H分子的HOMO更高,其实际氧化稳定性仍明显提升。
Nat. Commun.审稿回复解读:MXene离子分离膜中DFT与MD模型的补充与说明
多孔材料与分离传输

Nat. Commun.审稿回复解读:MXene离子分离膜中DFT与MD模型的补充与说明

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理论计算在审稿回复中,不仅用于解释实验结果,也经常需要进一步说明模型构型、计算对象和结果的物理意义。这篇 Nature Communications 工作将α-环糊精固定在MXene层间通道入口,用 DFT和MD解释 K+/Mg2+ 分离。审稿人围绕水合离子结合、α-CD吸附构型、MD模型合理性和计算离子选择等问题提出了多项意见,作者通过补充吸附构型、浓度实验和模型对比逐项回复。
Nature正刊计算 CI-NEB揭示万小时间歇海水电解阴极的动态钝化机制
催化

Nature正刊计算 CI-NEB揭示万小时间歇海水电解阴极的动态钝化机制

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可再生能源供电具有间歇性,频繁启停会使海水电解阴极从还原电位迅速升至高电位,导致催化剂氧化,并加剧Cl−等卤离子的吸附与腐蚀。北京化工大学孙晓明、周道金与香港城市大学刘彬等人据此设计了NiCoP–Cr2O3阴极,使其在停机时原位形成多层钝化结构,并在重新通电后恢复析氢活性,实现10,000小时碱性海水间歇电解。理论计算进一步分析了Co、P和Ni的氧化顺序、钝化层内的氧迁移、磷酸盐对Cl−吸附的抑制,以及Cr2O3对碱性析氢动力学的促进作用。
MD之外,电解液还能怎么算?三篇顶刊看懂Metadynamics元动力学
科普

MD之外,电解液还能怎么算?三篇顶刊看懂Metadynamics元动力学

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电解液理论计算中,常规 MD 可以得到 RDF、配位数和溶剂化结构,但很多问题仍然回答不了:某种配位是否真正稳定,离子靠近电极时先脱去谁,电解液分解又需要跨越多高的能垒。元动力学(Metadynamics)能够帮助体系跳出局部稳定结构,得到自由能面,用来判断稳定结构、转换路径和反应能垒。本文选取三篇顶刊文章,介绍它在电解液研究中的用途:判断稳定配位、解析界面脱溶剂化,以及计算分解反应能垒。
Nat. Commun.:MD+Metadynamics揭示Cl−快速传输机制
离子扩散 / 多孔材料与分离传输 / 电池

Nat. Commun.:MD+Metadynamics揭示Cl−快速传输机制

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亚纳米孔道能够提高离子筛分能力,但 Cl⁻ 等阴离子在受限空间中的迁移往往明显变慢。中国科学技术大学杨正金、徐铜文团队通过调节共价三嗪框架膜的孔壁化学环境,提高 Cl⁻ 传输速率,并将其用于中性水系有机液流电池。理论计算采用分子动力学、RESP 电荷分析和 Metadynamics 元动力学,分析了不同化学修饰下的膜自由体积、孔壁电荷分布、Cl⁻ 迁移自由能以及离子—孔壁相互作用。