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上海大學(xué)「國家優(yōu)青」團(tuán)隊最新AFM！超1500 種固態(tài)無機(jī)化合物的電化學(xué)穩(wěn)定窗口數(shù)據(jù)庫！

第一作者：Xianyue Wang

通訊作者：施思齊

通訊單位：上海大學(xué)

論文速覽

無機(jī)化合物(固態(tài)電解質(zhì)(SSE)或涂層)的電化學(xué)穩(wěn)定窗口(ESW)是評價離子電池中電極和電解質(zhì)之間界面相容性的不可或缺的參數(shù)。在大量ESW數(shù)據(jù)的推動下，新型涂層和固態(tài)電解質(zhì)的發(fā)現(xiàn)有望加速高性能電池的設(shè)計。然而，目前只有非常小部分的無機(jī)化合物的ESW被實驗測量，這限制了技術(shù)進(jìn)步。

得益于先前工作中提出的具有動態(tài)確定的直接或間接分解途徑的高精度ESW預(yù)測，氧化和還原電位都與實驗數(shù)據(jù)合理地一致。本研究建立了一個包含超過1500種固態(tài)無機(jī)化合物的電化學(xué)穩(wěn)定性窗口（ESW）數(shù)據(jù)庫，這些化合物包括Li⁺、Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺和Al³⁺作為遷移離子的固態(tài)電解質(zhì)（SSE）或涂層。

ESW是評估離子電池中電極與電解質(zhì)界面兼容性的關(guān)鍵參數(shù)。通過結(jié)合先前工作中提出的直接或間接分解路徑的高精度ESW預(yù)測方法，本研究合理地對氧化和還原電位與實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了對齊。該數(shù)據(jù)庫可重現(xiàn)，并提供了無機(jī)化合物電化學(xué)穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系的統(tǒng)一視圖。

本研究驗證了改進(jìn)的ESW預(yù)測方法的有效性，并為基于機(jī)器學(xué)習(xí)的優(yōu)越SSEs或涂層的加速篩選鋪平了道路。

圖文導(dǎo)讀

圖1：每種遷移離子（Li⁺、Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺和Al³⁺）無機(jī)化合物ESW寬度的分布。

圖2：Li、Na、K、Ca、Mg和Al二元化合物的預(yù)測穩(wěn)定性窗口。

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(tài)的陽離子，X是不同的陰離子。

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(lán)色分別表示Fe²⁺和Fe³⁺基化合物。

圖5：遷移離子濃度與氧化還原電位之間的關(guān)系，兩者與遷移離子濃度呈負(fù)相關(guān)。

圖6：Na₃Zr₂Si₂PO₁₂的動態(tài)分解路徑選擇圖，具有良好電子導(dǎo)電性的分解產(chǎn)物用紅色標(biāo)記。

總結(jié)展望

本研究提供了一個包含超過1500種無機(jī)化合物的電化學(xué)穩(wěn)定性窗口數(shù)據(jù)庫，這些化合物對于開發(fā)新型固態(tài)電解質(zhì)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(xué)性質(zhì)、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(guān)性。

此外，通過四個代表性無機(jī)化合物的詳細(xì)分析，展示了該數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)共享、篩選和設(shè)計SSEs及涂層方面的實用性，并為基于機(jī)器學(xué)習(xí)的無機(jī)材料電化學(xué)穩(wěn)定性研究提供了資源。未來的工作將進(jìn)一步探索和發(fā)展這一數(shù)據(jù)庫，以促進(jìn)高性能電池的設(shè)計和開發(fā)。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：A Database of Electrochemical Stability Windows Containing over 1500 Solid-State Inorganic Compounds

期刊：Advanced Functional Materials

DOI：10.1002/adfm.202406146

原創(chuàng)文章，作者：wang，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/05/24/5d50914c65/

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