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上海大學「國家優青」團隊最新AFM!超1500 種固態無機化合物的電化學穩定窗口數據庫!

上海大學「國家優青」團隊最新AFM!超1500 種固態無機化合物的電化學穩定窗口數據庫!
第一作者:Xianyue Wang
通訊作者:施思齊
通訊單位:上海大學
論文速覽
無機化合物(固態電解質(SSE)或涂層)的電化學穩定窗口(ESW)是評價離子電池中電極和電解質之間界面相容性的不可或缺的參數。在大量ESW數據的推動下,新型涂層和固態電解質的發現有望加速高性能電池的設計。然而,目前只有非常小部分的無機化合物的ESW被實驗測量,這限制了技術進步。
得益于先前工作中提出的具有動態確定的直接或間接分解途徑的高精度ESW預測,氧化和還原電位都與實驗數據合理地一致。本研究建立了一個包含超過1500種固態無機化合物的電化學穩定性窗口(ESW)數據庫,這些化合物包括Li+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+和Al3+作為遷移離子的固態電解質(SSE)或涂層。
ESW是評估離子電池中電極與電解質界面兼容性的關鍵參數。通過結合先前工作中提出的直接或間接分解路徑的高精度ESW預測方法,本研究合理地對氧化和還原電位與實驗數據進行了對齊。該數據庫可重現,并提供了無機化合物電化學穩定性的結構-活性關系的統一視圖。
本研究驗證了改進的ESW預測方法的有效性,并為基于機器學習的優越SSEs或涂層的加速篩選鋪平了道路。
圖文導讀
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圖1:每種遷移離子(Li+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+和Al3+)無機化合物ESW寬度的分布。
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圖2:Li、Na、K、Ca、Mg和Al二元化合物的預測穩定性窗口。
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圖3:Li-M-X和Na-M-X化合物的氧化和還原電位分布,其中M是最高共同氧化態的陽離子,X是不同的陰離子。
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圖4:基于不同鐵基多陰離子化合物的氧化還原電位圖,紅色和藍色分別表示Fe2+和Fe3+基化合物。
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圖5:遷移離子濃度與氧化還原電位之間的關系,兩者與遷移離子濃度呈負相關。
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圖6:Na3Zr2Si2PO12的動態分解路徑選擇圖,具有良好電子導電性的分解產物用紅色標記。
總結展望
本研究提供了一個包含超過1500種無機化合物的電化學穩定性窗口數據庫,這些化合物對于開發新型固態電解質和電極涂層具有重要意義。通過分析化合物的陽離子/陰離子化學性質、遷移離子濃度以及多陰離子的特性,研究揭示了高氧化電位和寬ESW的相關性。
此外,通過四個代表性無機化合物的詳細分析,展示了該數據庫在數據共享、篩選和設計SSEs及涂層方面的實用性,并為基于機器學習的無機材料電化學穩定性研究提供了資源。未來的工作將進一步探索和發展這一數據庫,以促進高性能電池的設計和開發。
文獻信息
標題:A Database of Electrochemical Stability Windows Containing over 1500 Solid-State Inorganic Compounds
期刊:Advanced Functional Materials
DOI:10.1002/adfm.202406146

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