Concentration Fluctuations and Capacitive Response in Dense Ionic Solutions
本文采用分子动力学模拟在恒电位系综下研究了溶液组成对双电层电容器电化学响应的影响。我们发现，电容首先随着离子浓度的增加，其预期的理想溶液的行为，但减少接近纯离子液体与最近的实验观察。作为离子浓度的函数的电容的非单调行为的结果之间的竞争的独立运动的溶剂化的离子在稀制度和溶剂化的波动在集中的制度。通过对电容的模拟，我们发现远离电极的电荷密度相关的特征衰减长度也是非单调的。相关长度首先随着离子浓度减小，作为更好的静电屏蔽的结果，但随着离子浓度增加，作为增强的空间相互作用的结果。当由相关离子-溶剂波动引起的电荷波动相对于由纯离子液体引起的电荷波动较大时，预期这种电容行为是通用的。
2016-06-06 cond-mat.soft physics.chem-ph
Effect of proximity to ionic liquid-solvent demixing on electrical double layers
离子液体及其与溶剂混合物在金属界面上的性质越来越受到人们的关注，特别是由于它们在能量储存方面的应用。到目前为止，主要的焦点一直是在双电层与离子液体远离相变。然而，在其相变附近的系统是已知的，表现出一些显着的功能，如润湿转变和毛细凝聚。在这里，我们开发了一个平均场模型，适合于接近分层的IL-溶剂混合物，并结合它与Carnahan-Starling（CS）和晶格气体表达式的排斥体积相互作用。这个模型，然后解决解析，使用微扰展开，和数值。我们证明，除了众所周知的骆驼和钟形电容，有一个鸟形电容，有三个峰值作为电压的函数，出现由于接近分层。此外，我们发现骆驼形的电容，这是一个签名的稀电解质，可以出现在高IL密度的疏离子电极。我们还讨论了CS和晶格气体表达式在我们的模型的背景下所产生的差异和影响。
2020-01-07 cond-mat.soft
Non-mean-field theory of anomalously large double-layer capacitance
平均场论认为，在金属/离子导体界面处形成的双层的电容不能大于亥姆霍兹电容器的电容，亥姆霍兹电容器的宽度等于离子的半径。然而，在一些实验中，双层电容器的表观宽度实质上更小。我们提出了一个替代的，非平均场论的离子双层来解释这样大的电容值。我们的理论允许离散离子的结合，其图像在金属中的电荷，这导致在界面偶极子的形成。我们主要关注的情况下，只有小的阳离子是移动和其他离子形成一个带相反电荷的背景。在这种情况下，在低的温度和零施加电压偶极子形成相关的液体在两个接触。我们表明，在小电压的双电层的电容是由偶极子从一个电极转移到另一个，因此仅限于由弱偶极-偶极之间的排斥绑定离子，使电容是非常大的。在大电压下，从电容器电极之一的束缚离子的耗尽触发电容到小得多的平均场值的崩溃，如在实验数据中看到的。我们测试我们的分析预测与蒙特卡罗模拟，发现很好的协议。我们进一步认为，我们的“单组分等离子体”模型应该工作得很好，强不对称离子液体。我们相信，这项工作也提出了一个改进的赝电容理论。
2010-06-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
pH Regulates Ion Dynamics in Carboxylated Mixed Conductors
Lehigh University（利哈伊大学）；University of Washington（华盛顿大学）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Stanford Synchrotron Radiation Lightsource SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福同步辐射光源 SLAC 国家加速器实验室）
研究通过调控羧基化聚噻吩的质子化状态，揭示pH对离子动力学和机械性能的影响，为设计pH响应的混合导体和软电子材料提供新思路。
2025-11-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Capacitance and Structure of Electric Double Layers: Comparing Brownian Dynamics and Classical Density Functional Theory
本文研究了水电解质双电层的结构和微分电容。我们考虑由球形阳离子和阴离子组成的双电层电容器（EDLC），它们被限制在平面阴极和阳极之间的介电连续体中。该模型系统包括空间以及库仑离子-离子和离子-电极相互作用。我们比较计算昂贵，但“精确”，布朗动力学（BD）模拟与近似的，但便宜，基于经典的密度泛函理论（DFT）的计算结果。优秀的整体协议被发现为一个大的系统参数$-$，包括浓度，离子的大小和价不对称性，施加的电压，和电极间距$-$提供的正则系综的BD模拟和巨正则系综的DFT之间的差异被适当地考虑。特别地，在固定离子数下的差分电容$C_N$和固定离子化学势下的差分电容$C_μ$之间进行仔细区分。此外，我们推导和利用它们的热力学关系。将来这些关系也可用于比较和对比。
2021-03-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Local Multimodal Dynamics in Mixed Ionic-Electronic Conductors and Their Fingerprints in Organic Electrochemical Transistor Operation
Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC), The Barcelona Institute of Science and Technology (BIST)（巴塞罗那生物工程研究所，巴塞罗那科学技术研究院）；Center for Nano Science and Technology, Istituto Italiano di Tecnologia（意大利理工学院纳米科学和技术中心）；Laboratory of Organic Electronics, Department of Science and Technology (ITN), Linköping University（林雪平大学科技学院有机电子实验室）；Department d'Enginyeria Electrònica i Biomèdica, Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学生物医学电子工程系）；Center for Nanophase Materials Sciences, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室纳米相材料科学中心）
研究揭示混合离子-电子导体中局部多模态动力学及其在OECT操作中的指纹，通过电化学阈值和静电力机制提供新的理解框架。
2026-01-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Simulations of ionic liquids confined by metal electrodes using periodic Green functions
提出了一种有效的方法来模拟金属电极约束下的库仑体系。该方法依赖于格林函数技术，以获得一个无限的周期性复制系统的静电势。这避免了使用镜像电荷或显式计算感应表面电荷，这两者都大大降低了模拟速度。为了证明新方法的实用性，我们用它来获得离子密度分布和微分电容，这是非常实际和理论上的兴趣，为一个晶格模型的离子液体。
2017-12-13 cond-mat.soft
Electric double layer theory for room temperature ionic liquids on charged electrodes: milestones and prospects
在这篇综述中，我们简要总结了自2007年Kornyshev的开创性论文发表以来，在带电电极上室温离子液体（RTIL）的平均场论中取得的基本理论里程碑。我们特别关注微分电容曲线的行为和对微分电容曲线有实质性影响的离子微观参数，其中包括短程特定相互作用、离子直径、静态极化率和永久偶极矩等参数。我们还讨论了最近的“非局部”平均场论，可以描述局部离子浓度的过屏蔽行为，以及从过屏蔽到拥挤的交叉。
2021-12-24 cond-mat.soft
Ionic Coulomb Blockade in Nanopores
了解纳米孔中离子的动力学对于从单分子检测到DNA测序的应用至关重要。我们通过分析和分子动力学模拟表明，在特定条件下，纳米孔中的离子-离子相互作用导致离子库仑阻塞现象，即纳米孔内的离子积聚，具有特定的电容，由于库仑排斥而阻碍额外离子的流动。这是在介观系统中观察到的电子库仑阻塞的对应物。我们讨论的类比和差异与电子的情况下，以及实验的情况下，这种现象可以被检测到。
2011-06-06 cond-mat.soft
Application of the SRISM approach to the study of the capacitance of the double layer of a high density primitive model electrolyte
在这项研究中，单重参考相互作用网站模型（SRISM）的研究电极电荷的平面双电层电容的依赖性使用的原始模型的双电层的高密度电解质，模仿离子液体。离子由带电的硬球表示，电极是均匀带电的平坦表面。该模型流体的电容计算与SRISM方法与封闭的基础上超网链（HNC）和Kovalenko-Hirata（KH）封闭和模拟比较。只要电极电荷的大小不是太大，HNC闭合显示出最有希望。KH结果对于高密度电解质是相当好的，但是当在低密度下应用时是差的。
2012-02-22 cond-mat.soft
Conductivity enhancement in plastic-crystalline solid-state electrolytes
寻找新的离子导体，使储能设备的发展取得重大进展，是当前材料科学的一个具有挑战性的目标。除了离子液体或无定形离子导体等材料类别之外，所谓的塑性晶体（PC）已被证明是结合高导电性和有利的机械性能的良好候选者。PC由分子形成，其取向自由度仍然波动，尽管材料表现出明确的晶格。在这里，我们表明，在丁二腈，最突出的分子PC电解质中的Li+离子的导电性，可以提高几十年时，取代晶格中的部分分子由较大的。介电谱表明，这是伴随着一个更强的耦合的离子和reorientational运动。这些发现可以从优化的“旋转门”机制的角度来理解，为开发更好的固态电解质开辟了一条新的道路。
2015-06-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Electrolyte solutions at curved electrodes. I. Mesoscopic approach
在泊松-玻尔兹曼（PB）方法中，电解质与平面，球形和圆柱形电极接触进行了系统的分析。研究了表面电荷密度$σ$和离子强度$I$对电容$C$的影响。表面电荷密度对小曲率的电容有很强的影响，而对大曲率的行为变得独立于$σ$。小曲率的展开引起电容系数，其仅取决于单个参数，从而允许方便的分析。在大曲率下的普遍行为可以通过解析表达式来捕获。
2017-03-28 cond-mat.soft
Interfacial layering in the electric double layer of ionic liquids
离子液体和浓电解质中的离子存在于拥挤的、强相互作用的环境中，导致在界面处形成离散的电荷层。在这里，我们提出了一个连续统理论，捕捉过渡过度屏蔽-交替层的过量电荷在低表面电位，过度拥挤-形成致密层的电荷相同的符号在高表面电位。该模型输出缓慢衰减的振荡的电荷密度与单离子直径的波长，如所示的梯度膨胀的分析。梯度展开提出了一种新的结构的偏微分方程描述在带电界面的静电势。我们发现定量之间的协议的理论和分子模拟的微分电容和浓度分布。
2020-07-31 cond-mat.soft
Differential Capacitance of Electric Double Layers: A Poisson-Bikerman Formula
提出了一个计算双电层微分电容的Poisson-Bikerman（PBik）公式。PBik理论是经典泊松-玻尔兹曼理论的推广，以包括不同大小的离子和水的不同空间能量，类似于不同电荷离子的不同电能。在这个分子平均场论中，水和离子的间隙空隙有它们的物理体积，就像它们在分子动力学模拟中一样。从任意形状和体积的离子和水的费米分布导出的PBik公式简化为从等尺寸离子的晶格模型导出的Bikerman-Freise公式。由古伊-查普曼公式预测的DC曲线是U形的（对于具有零体积和非常稀的溶液的点状离子）。随着离子和水的体积分数从零到中等值再到大值，曲线从U形变为骆驼形（双峰），然后变为钟形（对于有限尺寸离子）。该过渡的特征在于临界电压和拐点电压的颗粒体积分数。这些电压确定描述在高场条件下填充在EDL的凝聚层中的离子和水的空间/电荷竞争和饱和性质的空间能和电能。在这些条件下，空间能与电能一样重要。PBik从不对称尺寸离子和水之间微妙平衡的空间相互作用计算对称DC曲线，就像KPF 6在水溶液中的实验数据一样。它计算不对称曲线，并捕获离子液体中具有不同体积或电荷的离子的微妙平衡的空间或电相互作用。
2021-01-28 cond-mat.soft
On the thickness of the double layer in ionic liquids
本研究结合DFT计算与MD模拟，探究离子液体双电层厚度，分析Au(111)表面BF4-吸附及亥姆霍兹模型电容特性，考察多层EDL模型，为双电层是单/多离子层厚度的讨论提供依据。
2017-12-10 cond-mat.soft
Ionic liquid-electrode interface: classification of ions, saturation of layers, and structure-determined potentials
本研究通过单电极电双层模型对40种离子液体-电极界面进行模拟，将离子界面堆积分为四类，并揭示常见离子难以在电化学稳定窗口内实现单层精确屏蔽，为实验调控界面性质提供结构依据。
2024-05-15 cond-mat.soft
Ferroelectric Nanoparticles in Liquid Crystals: The Role of Ionic Transport at Small Concentrations of the Nanoparticles
本研究揭示超低浓度（≤1 wt.%）BaTiO3纳米颗粒通过其表面离子-电子屏蔽电荷影响介电液晶5CB的离子输运，导致含纳米颗粒的LC单元电流更低、电容回线更窄，尽管纳米颗粒对介电响应影响极小。
2024-11-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Cracking Ion Pairs in the Electrical Double Layer of Ionic Liquids
在这里，我们调查的聚集和凝胶化的理论在双电层（EDL）的离子液体（ILs）的极限情况下。研究的极限情况仅考虑离子对，忽略了更大的簇和一个膨胀的离子网络的可能性。然而，这种简化允许分析解的EDL的属性。由此得到的方程表明在EDL中缔合自由能和静电势之间的竞争。对于小的静电势和大的负自由能的协会，离子对占主导地位的EDL。而当静电势能大于缔合自由能时，离子对会发生电场诱导裂解。这种一致的离子配对理论的微分电容具有"双峰骆驼“形状的倾向。我们比较这个理论与以前的自由离子的方法，不一致的治疗在EDL的可逆协会。
2022-09-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermoelectric energy recovery at ionic-liquid/electrode interface
通过在两个理想极化电极上施加温度梯度，使含有1-乙基-3-甲基咪唑双（三氟甲基磺酰基）酰亚胺（EMIMTFSI）的乙腈二元溶液的热充电电容器充电。铂箔电极的相应热电系数为-1.7 mV/K，纳米多孔碳电极的相应热电系数为-0.3 mV/K。通过电阻器使电容器放电来提取存储的电能。电极/离子液体界面的测量电容对于每个铂电极为5 μ $μ$·F，而对于单个纳米多孔碳电极其变为大四个数量级的$\approx 36$·mF.通过在稳态温度梯度下重复充电-放电循环的效果再现证明了在液体/电极界面处的充电过程的鲁棒性。还观察到由对流的充电的加速。这提供了将废热转化为电能的可能性，而无需在离子和电极之间交换电子，这与大多数热原电池中发生的情况相反。
2015-06-22 cond-mat.soft
Two-dimensional pattern formation in ionic liquids confined between graphene walls
我们进行分子动力学模拟的离子液体之间的石墨烯壁限制在各种条件下（纯离子液体，与水和醇的混合物，与锂盐和有缺陷的石墨烯壁的混合物）。我们的研究结果表明，Stern层中条纹和六边形图案的形成可以被认为是离子液体在电化学界面处的一般特征，图案之间的过渡由吸附分子的最内层中的电荷的净平衡控制。这解释了先前报道的实验和计算结果，并且第一次解释了为什么这些图案变化是由双电层最内层的电荷密度的任何扰动（电压和组成变化，以及电极壁处的空位等）触发的，这可能有助于调节电极-离子液体界面。使用蒙特卡罗模拟，我们表明，这种结构可以复制一个简单的二维晶格模型，只有最近邻的相互作用，高度屏蔽离子相互作用和短程和排除体积相互作用。我们还表明，我们的模拟结果是一致的，从Landau-Brazovskii理论的斑图形成的自组装系统中推断。这些图案在离子液体石墨烯-电极界面处的存在可能对从本体混合物到电极的离子转移过程、对电极-电解质双层的微分电容或对电极处的氧化还原反应速率以及其他物理化学性质具有强烈影响，因此是具有很大技术意义的效果。
2019-02-13 cond-mat.soft
Confinement-controlled Water Engenders High Energy Density Electrochemical-double-layer Capacitance
Skolkovo Institute of Science and Technology（斯克隆沃科学技术研究所）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Max Planck Institute for Polymer Research（马克斯·普朗克高分子研究所）
本研究通过实验探索界面水层在电化学双电层电容中的作用，开发出无需电解质的新型膜电极装置，为高能量密度电化学双电层电容器及其他生态中性电池、燃料电池和纳米流体装置的发展提供新途径。
2022-12-30 cond-mat.soft physics.chem-ph
Quantum Analogies in Ionic Transport Through Nanopores
纳米孔或纳米通道中的离子转运是许多细胞过程的关键，并且现在正在探索作为DNA/聚合物测序和检测的方法。虽然在其范围内显然是简单的，在有限的几何形状的离子动力学的研究揭示了有趣的新现象，几乎有一个与量子制度一一对应。由此可见，离子可以形成两种“准粒子”状态，一种状态是它们被电荷相反的其他离子包围-离子气氛，另一种状态是半束缚水分子在离离子不同距离处形成层-水合层。第二种状态产生了两个额外的效果。在第一个，这是一个单一的准粒子效应，通过纳米孔的离子电导被预测为“量子化”作为孔半径的函数，与相应的“量子化单位”不相关的通用常数-如普朗克常数和元电荷-而是水化层的半径。第二种效应涉及相同符号的离子准粒子之间的多体相互作用，并且当孔具有有限的电容以容纳离子时发生，使得存在阈值浓度，超过该阈值浓度，相同符号的离子在能量上不被允许进入孔。类似于电子输运的情况下，离子对应物只出现在“量子”制度，当形成离子准粒子的水化层需要打破，以通过孔。在这里，我们回顾了所有这些现象，并讨论了条件下，他们可能会被检测到的电子传输的情况下进行类比。由于纳米孔正在被考虑用于DNA测序和检测中的许多技术应用，我们预计这些现象将变得非常相关，并且它们的理解对进展至关重要。
2013-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
