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高分計(jì)劃
形貌與晶體結(jié)構(gòu)
組分分布
穩(wěn)定性
原位譜學(xué)
理論計(jì)算
相場模擬

通過相場仿真技術(shù)，模擬在不同電場或離子濃度下的金屬離子沉積過程，揭示枝晶生長機(jī)理和改性機(jī)理。

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雙電層結(jié)構(gòu)模擬

通過分子動力學(xué)方法來模擬電極表面的雙電層結(jié)構(gòu)，研究界面結(jié)構(gòu)和成分分布對性能的影響。

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離子擴(kuò)散能壘

通過DFT計(jì)算來獲得離子在電極表面或內(nèi)部的擴(kuò)散能壘，用以表征離子傳輸性能。

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物質(zhì)遷移與擴(kuò)散

通過分子動力學(xué)(MD)方法研究水系電池中的物質(zhì)遷移與擴(kuò)散。

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氫鍵數(shù)量與分布

通過分子動力學(xué)（MD）來研究氫鍵分布和數(shù)量，用以研究離子傳輸性能

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金屬離子溶劑化結(jié)構(gòu)

通過分子動力學(xué)方法來模擬不同添加劑在電解液組分中與Zn離子結(jié)合配位情況。

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分子極性指數(shù)與配位結(jié)構(gòu)

利用DFT計(jì)算，以分子極性指數(shù)（MPI）為描述符，建立離子與分子結(jié)合能模型，說明離子配位結(jié)構(gòu)及其可能的影響。

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陰離子極性

通過計(jì)算陰離子表面的靜電勢（ESP）分布來量化陰離子的極性（API），分析與水分子的結(jié)合能力，輔助優(yōu)化電解液。

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電解液穩(wěn)定性與SEI

通過量子化學(xué)計(jì)算不同電解液分子軌道能級（HOMO與LUMO），用來估算電解液穩(wěn)定性，電化學(xué)穩(wěn)定窗口，定向設(shè)計(jì)SEI/CEI成膜添加劑，評估副反應(yīng)與安全風(fēng)險，揭示界面電子轉(zhuǎn)移機(jī)理。

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案例展示
形貌與晶體結(jié)構(gòu)
三維形貌圖

Benchmarking Corrosion with Anionic Polarity Index for Stable and Fast Aqueous Batteries Even in Low-Concentration Electrolyte

Advanced Materials, 2025

作者監(jiān)測了鋅負(fù)極在不同電解液下鋅沉積的形貌演變過程，證明了在優(yōu)化的電解液中鋅沉積更加均勻。

晶體取向分布檢測

Single [0001]-oriented zinc metal anode enables sustainable zinc batteries

Nature Communications, 2024

作者對兩類不同鋅負(fù)極進(jìn)行了晶體學(xué)取向測試，發(fā)現(xiàn)Com-Zn顆粒尺寸與晶體取向分布均不均勻。作為對比，另一中Zn不僅尺寸均勻而且整體取向一致。這種[0001]取向結(jié)構(gòu)有利于避免枝晶形成同時保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

監(jiān)測界面處離子濃度動態(tài)分布

Tandem Chemistry with Janus Mesopores Accelerator for Efficient Aqueous Batteries

JACS, 2024

作者對鋅金屬負(fù)極進(jìn)行了界面修飾，通過原位監(jiān)測界面處的離子濃度分布，證實(shí)了特定修飾可以促進(jìn)鋅離子擴(kuò)散，從而避免鋅枝晶形成。

解析電極材料三維化學(xué)成分分布

Benchmarking Corrosion with Anionic Polarity Index for Stable and Fast Aqueous Batteries Even in Low-Concentration Electrolyte

Advanced Materials, 2025

作者利用TOF-SIMS對鋅負(fù)極表面的SEI膜成分進(jìn)行了研究，揭示了其厚度，化學(xué)組成和空間分布。

電池穩(wěn)定性與產(chǎn)氣分析

An energetic K?-S aqueous battery with 96% sulfur redox utilization

Joule, 2024

作者對高濃電解液中硫電極進(jìn)行了產(chǎn)氣監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)無氫氣，氧氣或硫化氫生成，證明了硫電極在該電解液中的反應(yīng)穩(wěn)定性。

原位電極質(zhì)量監(jiān)測

A Mn2?-S redox electrochemistry for energetic aqueous manganese ion battery

Joule, 2025

作者利用電化學(xué)石英晶體微晶天平（EQCM）監(jiān)測了硫電極在充放電時的質(zhì)量變化，一方面證實(shí)了點(diǎn)電化學(xué)反應(yīng)的可逆發(fā)生，另一方面又發(fā)現(xiàn)了循環(huán)過程中電極物質(zhì)的持續(xù)損失。

原位XRD

An energetic K?-S aqueous battery with 96% sulfur redox utilization

Joule, 2024

作者對水系硫電極進(jìn)行了原位XRD測試，發(fā)現(xiàn)硫電極在放電時峰逐漸消失，在充電時峰重新出現(xiàn)，這證明硫電極發(fā)生了轉(zhuǎn)化反應(yīng)，同時電極也具有高度可逆性。

原位EIS

A Mn2?-S redox electrochemistry for energetic aqueous manganese ion battery

Joule, 2025

作者對兩類電池進(jìn)行了原位電化學(xué)阻抗譜測試，研究發(fā)現(xiàn)采用GFD隔膜的電池阻抗放電時減小，充電時增大，而采用PVA隔膜的則全稱保持穩(wěn)定。這與其背后的反應(yīng)機(jī)理有關(guān)：PVA隔膜可以使整個反應(yīng)過程更穩(wěn)定，不存在因?yàn)橐合嗳芙鈱?dǎo)致的阻抗變小。

電解液穩(wěn)定性與SEI

Benchmarking Corrosion with Anionic Polarity Index for Stable and Fast Aqueous Batteries Even in Low-Concentration Electrolyte

Advanced Materials，2025

作者通過通過計(jì)算陰離子的LUMO能級，評估其在電場作用下的電子轉(zhuǎn)移能力，解釋低API（陰離子極性指數(shù)）的陰離子如何在電極表面形成穩(wěn)定的SEI層

物質(zhì)遷移與擴(kuò)散

Unveil the Failure of Alkali Ion-Sulfur Aqueous Batteries: Resolving Water Migration by Coordination Regulation

Angewan，2025

作者通過通過分子動力學(xué)計(jì)算證明，在飽和NaOTf的電解質(zhì)中，Na?離子可以輕松穿透膜，進(jìn)一步與硫物種反應(yīng)，而沒有檢測到遷移的水。相比之下，在原始電解質(zhì)中，水分子會向陰極側(cè)遷移。該研究證實(shí)了電荷載流子的貧水配位結(jié)構(gòu)可以抑制電池系統(tǒng)中的水遷移。

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