上海大学「国家优青」团队最新AFM!超1500 种固态无机化合物的电化学稳定窗口数据库!

上海大学「国家优青」团队最新AFM!超1500 种固态无机化合物的电化学稳定窗口数据库!
第一作者:Xianyue Wang
通讯作者:施思齐
通讯单位:上海大学
论文速览
无机化合物(固态电解质(SSE)或涂层)的电化学稳定窗口(ESW)是评价离子电池中电极和电解质之间界面相容性的不可或缺的参数。在大量ESW数据的推动下,新型涂层和固态电解质的发现有望加速高性能电池的设计。然而,目前只有非常小部分的无机化合物的ESW被实验测量,这限制了技术进步。
得益于先前工作中提出的具有动态确定的直接或间接分解途径的高精度ESW预测,氧化和还原电位都与实验数据合理地一致。本研究建立了一个包含超过1500种固态无机化合物的电化学稳定性窗口(ESW)数据库,这些化合物包括Li+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+和Al3+作为迁移离子的固态电解质(SSE)或涂层。
ESW是评估离子电池中电极与电解质界面兼容性的关键参数。通过结合先前工作中提出的直接或间接分解路径的高精度ESW预测方法,本研究合理地对氧化和还原电位与实验数据进行了对齐。该数据库可重现,并提供了无机化合物电化学稳定性的结构-活性关系的统一视图。
本研究验证了改进的ESW预测方法的有效性,并为基于机器学习的优越SSEs或涂层的加速筛选铺平了道路。
图文导读
上海大学「国家优青」团队最新AFM!超1500 种固态无机化合物的电化学稳定窗口数据库!
图1:每种迁移离子(Li+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+和Al3+)无机化合物ESW宽度的分布。
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图2:Li、Na、K、Ca、Mg和Al二元化合物的预测稳定性窗口。
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图3:Li-M-X和Na-M-X化合物的氧化和还原电位分布,其中M是最高共同氧化态的阳离子,X是不同的阴离子。
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图4:基于不同铁基多阴离子化合物的氧化还原电位图,红色和蓝色分别表示Fe2+和Fe3+基化合物。
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图5:迁移离子浓度与氧化还原电位之间的关系,两者与迁移离子浓度呈负相关。
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图6:Na3Zr2Si2PO12的动态分解路径选择图,具有良好电子导电性的分解产物用红色标记。
总结展望
本研究提供了一个包含超过1500种无机化合物的电化学稳定性窗口数据库,这些化合物对于开发新型固态电解质和电极涂层具有重要意义。通过分析化合物的阳离子/阴离子化学性质、迁移离子浓度以及多阴离子的特性,研究揭示了高氧化电位和宽ESW的相关性。
此外,通过四个代表性无机化合物的详细分析,展示了该数据库在数据共享、筛选和设计SSEs及涂层方面的实用性,并为基于机器学习的无机材料电化学稳定性研究提供了资源。未来的工作将进一步探索和发展这一数据库,以促进高性能电池的设计和开发。
文献信息
标题: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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