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
Potential jumps at transport bottlenecks cause instability of nominally ionic solid electrolytes in electrochemical cells
电化学装置如固体氧化物燃料电池（SOFC）、固体氧化物电解槽电池（SOEC）和锂离子电池（LIB）的正常操作有时会由于意外形成内相而失败。这些相包括SOEC的氧化锆电解质内的晶界处的氧气泡、全固态LIB的（石榴石型）Li 7 La 3 Zr 2 O 12电解质内的孤立的Li金属岛以及Na-S电池的Na-β-氧化铝和NASICON电解质内的类似Na金属岛。值得注意的是，虽然这些设备可以在两种极性下工作，但故障的倾向取决于极性。在这里，我们解释这些和其他现象在名义上的离子固体电解质和混合导电电极在简单的热力学和动力学方面：意想不到的内部相是由一个大的潜在的跳跃，需要推动一个恒定的离子或电子流通过其内部传输瓶颈。内相形成的明确规则，包括其极性依赖性制定，以帮助预测和减轻它，这将导致微观结构不稳定，效率恶化和击穿。
2020-05-10 cond-mat.mtrl-sci
The role of ionic liquid breakdown in the electrochemical metallization of VO2: An NMR study of gating mechanisms and VO2 reduction
通过离子液体电解质（电解质门控）的初始绝缘VO 2的金属化最近已经成为一个非常感兴趣的话题。很明显，金属化发生电化学，并且先前已经有大量证据表明在离子液体门控期间除去少量氧。也有人提出了氢嵌入，但氢的来源仍然不清楚。在这项工作中，固态魔角旋转NMR光谱被用来研究VO 2的热金属-绝缘体转变，然后进行催化氢化和电化学金属化VO 2。大块VO 2颗粒的电化学金属化被证明是与嵌入的氢，其程度可以用定量1H NMR光谱测量。探索了氢的可能来源，并且通过使用选择性氘代离子液体，揭示了氢化是由于离子液体的去质子化;具体地，对于常用的基于二烷基咪唑的离子液体，它是负责的“卡宾”质子。增加电化学的温度被示出为增加氢化的程度，首先形成氢化程度较低的金属相，然后形成氢化程度较高的绝缘居里-外斯顺磁相，这两者也被观察到用于催化氢化的VO 2。核磁共振结果支持磁化率测量，证实了泡利和居里-外斯顺磁性的程度。核磁共振光谱是用来确定氢的存在下，在电解质门控薄膜的VO 2，这表明电解质击穿，质子嵌入和电解质内的分解产物的反应不应被忽视时，解释电化学门控实验中观察到的电子和结构的变化。
2018-12-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Enhanced Operational Stability of Perovskite Light-Emitting Electrochemical Cells Leveraging Ionic Additives
混合钙钛矿正在成为用于光电应用的高效材料，然而，操作寿命仍然是钙钛矿发光器件如发光二极管（LED）和钙钛矿发光电化学电池（PeLEC）的持续发展的限制因素。在这项工作中，利用LiPF 6盐添加剂的优化分数的PeLEC表现出增强的稳定性。在0.5wt%LiPF6时，器件在恒流驱动下以超过800 cd/m2的高亮度表现出100 h的工作，实现了3260 cd/m2的最大亮度和9.1 Lm/W的功率效率。这种性能从100 cd/m2外推到6700 h的亮度半衰期，比没有锂盐添加剂的器件提高了5.6倍。恒压驱动下的分析揭示了三种电流机制，在第二和第三机制中，锂的加入强烈增强了电流。第三种机制将亮度的劣化与减小的电流相关联。这些损失通过添加LiPF 6来减轻，这是一种假定由钙钛矿结构的保留引起的效果。为了进一步理解锂盐添加，进行电化学阻抗谱与等效电路建模。来自离子再分布的双电层宽度在0.5wt%LiPF6下最小化，并且与高效性能成反比。
2020-01-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Computer simulations of ionic liquids at electrochemical interfaces
离子液体广泛用作电化学装置中的电解质。在这种情况下，许多实验和理论的方法已被最近开发用于表征其与电极的界面。在这篇文章中，我们回顾了计算机模拟领域（主要是分子动力学）的最新进展。本文提出了一种模拟恒电位电极的方法。几种类型的电极几何形状已被许多团体研究，以模拟平面，波纹和多孔材料，我们总结了所获得的结果的液体的结构。该结构控制对于给定的施加电势可以存储在电极表面的电荷量，这是超级电容器（也称为电化学双层电容器）中离子液体的高度局部使用的相关量。一个关键的功能，这也是由原子力显微镜和表面力仪器实验所示，是形成的层状结构的所有离子液体在平面电极的表面。这种组织不能发生在纳米多孔电极内部，这导致后者在超级电容器中的性能更好。模拟和电化学实验之间的协议仍然是定性的，虽然，我们概述了未来的发展方向，应该提高计算机模拟的预测能力。从长远来看，原子模拟也将被应用到电子转移反应的情况下，在界面上，使应用到更广泛的领域的电化学问题，并在这一领域的一些最近的工作也进行了评论。
2013-09-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Degradation of Nonylphenol Ethoxylate-10 (NPE-10) by Mediated Electrochemical Oxidation (MEO) Technology
壬基酚聚氧乙烯醚（NPE 10）是由烷基酚聚氧乙烯醚合成的非离子表面活性剂。NPE-10在废水中的积累会对生态系统和人类造成危害。目前，通过技术的进步，可以通过使用电化学处理间接降解NPE 10。因此，本研究的目的是评估潜在的电降解NPE 10介导的电化学氧化（MEO）使用Ce（IV）离子介体。此外，还观察了Ag（I）离子催化剂对MEO降解NPE 10性能的影响。MEO技术在降解NPE 10中的效力通过伏安法技术进行评估，并通过滴定法和LC-MS分析进行确认。结果表明，在无Ag（I）离子催化剂存在下，MEO对NPE 10的降解率为85.93%。此外，当使用Ag（I）离子催化剂时，MEO对NPE 10的降解性能提高到95.12%。使用Ba（OH）2的返滴定证实CO2的形成为46.79%。而氧化还原滴定显示降解有机化合物的总量为42.50%，这通过LC-MS色谱图中两个新峰的形成来强调。总之，我们的结果证实了MEO技术降解NPE-10的潜力。
2020-12-22 cond-mat.mtrl-sci
A first-principles investigation of the structural and electrochemical properties of biredox ionic species in acetonitrile
双氧化还原离子液体是一类新型的功能化电解质，在未来的电容储能器件中可能发挥重要作用。通过允许在液体内部额外存储电子，它们可以显着提高器件性能。然而，目前的装置采用纳米多孔碳，其中液体的扩散和离子的吸附可能受到电子转移反应发生的影响。因此，有必要更好地理解在双氧化还原离子液体中的这些反应的热力学和动力学。在这里，我们进行从头算分子动力学模拟的氧化和还原物种的几个氧化还原活性离子分子（用于双氧化还原离子液体）溶解在乙腈溶剂中，并比较它们与裸氧化还原分子。我们表明，在所有的情况下，它是必要的，引入一个两个高斯态模型，以准确地计算反应自由能。这些反应自由能仅受分子上IL基团的存在的轻微影响。我们表征的溶剂化壳周围的氧化还原活性部分的分子的结构，并表明，在TEMPO为基础的分子的情况下，强烈的再取向效应发生在氧化反应。
2019-12-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Improving Accuracy of Electrochemical Capacitance and Solvation Energetics in First-Principles Calculations
可靠的第一性原理计算的电化学过程需要准确预测的界面电容，目前的计算效率的连续溶剂化方法的挑战。我们开发了一个模型的双层金属电极，再现的实验电容的Ag（100）在非吸附性，水性电解质，包括一个宽的驼峰附近的零电荷电位（PZC）的电容的功能，和在低离子强度的条件下的电容下降。使用这个模型，我们确定了必要的特征的溶剂化模型适用于第一原理电化学的金属表面在非吸附，水性电解质：介电和离子的非线性，和介电只有在界面上的区域。介电非线性，所造成的偶极子在水中的旋转响应的饱和，创建的电容驼峰，而离子的非线性，所造成的致密性的扩散层，产生的电容下降看到在低离子强度。我们发现，没有以前开发的溶剂化模型同时满足所有这些标准。我们设计了非线性电化学软球溶剂化模型（NESS），它既捕获了实验观察到的电容特征，又作为通用的连续溶剂化模型。
2018-03-30 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Reversible Electrochemical Phase Change in Monolayer to Bulk MoTe2 by Ionic Liquid Gating
Stanford University（斯坦福大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
通过离子液体栅极在单层到bulk MoTe2间实现可逆电化学相变，揭示该机制无需单层隔离，具有更广泛的应用潜力。
2019-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Electrochemically-driven insulator-metal transition in ionic-liquid-gated antiferromagnetic Mott-insulating NiS$_2$ single crystals
受黄铁矿结构CuS $_2$超导电性存在的启发，我们探讨了离子液体门控诱导反铁磁莫特绝缘体NiS $_2$超导电性的可能性.在正栅偏压下，观察到了一个清晰的由二维绝缘态到三维金属态的栅诱导转变。然而，在0.45 K的最低测量温度下没有观察到超导性的证据。基于传输，能量色散X射线光谱，X射线光电子能谱学，原子力显微镜，和其他技术，我们推导出一个电化学门控机制，涉及大量减少的S：Ni比（超过数百nm），这是不挥发性和不可逆的。这与黄铁矿FeS $_2$中可逆的、易挥发的、表面受限的静电门效应形成鲜明对比。我们将NiS $_2$和FeS $_2$中电化学与静电门控响应的明显差异归因于NiS $_2$中大得多的S扩散系数，类似于在具有不同O-空位扩散率的电解质门控氧化物中观察到的不同行为。另一方面，门控不可逆性与大气S的缺乏有关;这与更好理解的氧化物情况相反，其中大气H $_2$ O的电解提供了O储库。因此，这项研究的NiS $_2$提供了新的洞察电解质门控机制的功能材料，在以前未探索的限制。
2022-01-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Impact of Ce Substitution on Structural and Electrochemical Properties of Ga Doped Garnet Li7La3Zr2O12 Solid Electrolyte
研究Ga-Ce共掺杂对石榴石Li7La3Zr2O12固态电解质的影响，发现Ce含量为0.10 a.p.f.u.时样品室温离子电导率最高达4 x 10-4 S/cm，适用于全固态锂离子电池。
2025-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Biredox ionic liquids with solid-like redox density in the liquid state for high-energy supercapacitors
电化学反应的动力学在固体中比在液体中慢几个数量级，这是由于离子扩散率低得多。然而，固态使氧化还原物质的密度最大化，由于溶解度限制，其在液体中低至少两个数量级。关于电化学能量存储装置，这导致具有有限功率的高能量电池和具有众所周知的能量不足的高功率超级电容器。对于这样的设备，理想的系统应该赋予液态接近固态的氧化还原物质密度。在这里，我们报告了一种基于双氧化还原离子液体的方法，以实现批量样的氧化还原密度在液体一样的快速动力学。这些双氧化还原离子液体的阳离子和阴离子带有经历非常快速的可逆氧化还原反应的部分。作为它们用于高容量/高速率电荷存储的潜力的第一个证明，我们将它们用于氧化还原超级电容器。这些离子液体能够通过在电极的孔中储存大量电荷来使电荷储存与离子可接近的电极表面分离，以使自放电和漏电流最小化，这是由于将氧化还原物质保留在孔中，并且由于其宽的电化学窗口而提高工作电压。
2017-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Electron-Ion Coupling Breaks Energy Symmetry in Bistable Organic Electrochemical Transistors
本文通过X射线散射与光谱技术研究PEDOT:PSS与离子液体的耦合，揭示OECT双稳态源于掺杂/去掺杂过程中电子-离子直接相互作用导致的不对称路径依赖能量学，表明电解质是调控器件功能的重要杠杆。
2025-11-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The solid-state Li-ion conductor Li$_7$TaO$_6$: A combined computational and experimental study
采用第一性原理和经典分子动力学模拟方法研究了含氧六金属酸盐Li $_7$ TaO $_6$，得到了室温（300 K）下$\sim$的低扩散激活势垒0.29 eV和$5.7 \times 10^{-4}$ S cm $^{-1}$的高离子电导率.我们从计算和实验中找到了宽电化学稳定窗口的证据，表明其作为下一代固态锂离子电池中的固态电解质的可行用途。为了评估其在电化学储能系统中的适用性，我们对多晶颗粒进行了电化学阻抗谱测量，发现大量的离子电导率，如果低于模拟预测的值。我们进一步阐明合成条件和所观察到的离子电导率之间的关系，使用X射线衍射，电感耦合等离子体发射光谱，和X射线光电子能谱学，并研究Zr和Mo掺杂的影响。
2019-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Electrochemical Doping in Ordered and Disordered Domains of Conjugated Polymers
共轭聚合物越来越多地用作神经形态计算、生物电子学和能量收集的电化学装置中的有机混合离子-电子导体。高效应用的设计依赖于高电化学掺杂水平、高电子电导率、快速掺杂/脱掺杂动力学和高离子吸收。在这项工作中，我们建立了结构-性能关系，并展示了这些参数可以通过有序和无序的共存来调制。我们使用原位时间分辨光谱电化学，共振拉曼光谱和太赫兹电导率测量研究电化学掺杂在不同形态的聚（3-己基噻吩）域。我们的主要发现是，双极化子被发现优先在无序的聚合物区域，在那里它们形成得更快，更有利。另一方面，极化子显示出对有序域的偏好，导致在不同区域中完全不同的双极化子/极化子比率和掺杂/去掺杂动力学。我们的证据显着增强的电子电导率时，双极化子开始在无序区域中形成，而双极化子在有序区域中的存在是有害的运输。我们的研究提供了显着的进步，在了解形态的共轭聚合物的电化学掺杂的影响和诱导电导率的增加。
2022-12-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Sulfonylamide-Based Ionic Liquids for High-Voltage Potassium-Ion Batteries with Honeycomb Layered Cathode Oxides
世界正处于一个新时代的风口浪尖，可持续和高性能储能系统的发展至关重要。钾离子电池不仅被认为是廉价的电池候选者，而且被认为是单价阳离子化学中的倒数第二个高压储能系统。然而，它们的性能和可持续性由于缺乏用于高电压操作的合适电解质而受到损害，特别是由于阴极材料的可用性有限。在这里，基于钾双（三氟甲磺酰基）酰胺（KTFSA）作为高电压电解质的离子液体的潜力是通过评估它们的物理化学性质，以及与新的高电压层状阴极材料耦合后的电化学性质。这些离子液体表现出钾溶解/沉积的较低氧化还原电位（具有约$6.0$ $\rm V$的宽电压耐受性），使它们成为高压钾离子电池配置的可行且安全的电解质。通过将这种电解质与新的高压层状阴极组合物相匹配，证明了这一点，表现出稳定的电化学性能。基于双（三氟甲磺酰基）氨基钾的电化学稳定的离子液体的目前的发现将支持高性能阴极材料的进一步发展，其在高电压制度下的性能显然受到缺乏合适的和相容的电解质的限制。
2021-11-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.chem-ph
Gas-phase functionalization of macroscopic carbon nanotube fiber fabrics: reaction control, electrochemical properties and use for flexible supercapacitors
定向碳纳米管（CNT）组装成纤维（CNTF）是开发和应用CNT独特的物理化学性质的一种方便的方法。CNT功能化已被广泛用于将其实现到复合材料和器件中。然而，CNTF功能化仍处于起步阶段，由于与CNTF形态保存相关的挑战。在这里，我们报告了一个彻底的研究CNTF织物的气相功能化，使用臭氧产生的原位从紫外线源。与基于液体的氧化方法相比，这种气相方法保留了CNTF的形态，同时显著增加了其亲水性。通过Raman、XPS、TEM和SEM对功能化材料进行了全面表征。其新获得的亲水性使CNTF在水介质中的电化学特性，这是不可能的原始材料。通过比较在水电解质和离子液体中的电化学测量，我们解耦了功能化对赝电容反应和量子电容的影响。功能化CNTF织物成功地用作具有基于离子液体的聚合物电解质的全固体超级电容器柔性装置中的活性物质和集流体。
2019-02-13 cond-mat.mtrl-sci
In-Liquido Computation with Electrochemical Transistors and Mixed Conductors for Intelligent Bioelectronics
下一代植入式计算设备需要能够在电解环境中操作并与电解环境相互作用而不被损坏的长期稳定的电子部件。有机电化学晶体管（OECTs）成为合适的候选者。然而，虽然单个器件具有令人印象深刻的品质因数，但浸入普通电解质中的集成电路（IC）很难使用电化学晶体管实现，并且没有明确的路径来实现最佳的自顶向下电路设计和高密度集成。简单的观察，两个OECT浸在同一电解介质中将不可避免地相互作用，阻碍了他们在复杂的电路实现。电解质的离子导电性将液体中的所有设备连接起来，产生不必要的且通常不可预见的动力学。最小化或利用这种串扰一直是最近研究的焦点。在这个角度来看，我们讨论的主要挑战，趋势和机会，实现基于OECT的电路在液体环境中，可以绕过工程和人体生理学的硬限制。我们分析了自主生物电子学和信息处理中最成功的方法。详细阐述规避和利用设备串扰的策略证明，能够进行复杂计算甚至机器学习的平台可以使用混合的离子电子导体在液体中实现。
2022-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Importance of glassy fragility for energy applications of ionic liquids
离子液体（Ionic Liquids，IL）是在接近室温下为液体的盐。它们可能的应用有很多，例如，作为各种电化学设备中绿色化学的溶剂，甚至用于月球望远镜的旋转液体镜等“异国情调”目的。在这里，我们专注于它们在能量存储和转换设备中的新进展：电池，超级电容器或使用离子液体作为电解质的燃料电池可能是未来可持续能源供应的重要组成部分。有趣的是，离子液体显示玻璃态冻结和普遍的，但到目前为止只有很少了解的动态性质的玻璃态物质，占主导地位的许多物理性质。我们表明，离子液体的电导率，任何电化学应用的一个重要的品质因数，依赖于系统的方式不仅对他们的玻璃化温度，但也对所谓的脆弱性，其离子迁移率的非典型的超Arrhenius温度依赖性的特征。
2015-02-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Tuning electrochemical properties and thermal stability of YSZ mesoporous thin films for SOFC applications
本研究通过在非晶二氧化硅衬底沉积致密和介孔YSZ薄膜，分析热处理温度对介观结构的影响，结合电化学阻抗谱和DFT计算，发现高可及孔隙率可提升表面离子电导率并降低活化能，为SOFC用YSZ薄膜优化提供依据。
2025-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crossover Dynamics of Non-Fickian Ionic Diffusion in Solids
University of Chicago（芝加哥大学）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；Stanford University（斯坦福大学）
通过示踪交换研究揭示了非弗ิก离子扩散在固体中的交叉动力学，发现电子传输是电化学反应的速率限制步骤，并揭示了晶格力学对离子扩散的影响。
2025-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Ionic Peltier Effect in Li-Ion Electrolytes
本文提出高分辨率交流差分电阻电桥测量纽扣电池温差，系统研究锂离子电解质的离子珀尔帖系数及其影响因素，揭示界面熵变主导机制。
2023-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Single n-type Semiconducting Polymer-Based Photo-Electrochemical Transistor
该研究利用单一n型半导体聚合物薄膜的光吸收可逆调节电化学电位和电导率，构建了n型光电化学晶体管，并展示了其在光电容积脉搏波记录、光控电路和人工突触等生物医学应用中的潜力。
2023-05-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Cation Discrimination in Organic Electrochemical Transistors by Dual Frequency Sensing
在这项工作中，我们提出了一种策略，以感测定量和具体的阳离子，出一个单一的有机电化学晶体管（OECT）设备暴露于电解质。从六种不同的氯化物盐超过12个不同的浓度的系统研究，我们表明，OECT设备的阻抗是由在低频下的沟道去掺杂和在高频下的电解质栅极电容耦合。特定的阳离子特征，其来源于阳离子行为对聚（3，4-亚乙基二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT：PSS）聚合物的不同影响及其在水中的电导率，允许它们在相同的摩尔浓度下进行区分。在不同频率下对设备阻抗的动态分析可以允许识别特定的离子流，这在生物电子学中可以有很大的用途，以进一步解释生物介质中的复杂机制，例如大脑中的复杂机制。
2018-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electrochemical Ion Insertion: From Atoms to Devices
电化学离子插入涉及耦合的离子-电子转移反应、客体物质的运输和主体的氧化还原。主体通常是具有二维传导平面的各向异性固体，但也可以是具有一维或各向同性传输路径的材料。这些插入化合物传统上在能量存储的背景下被研究，但也在电催化、光电子学和计算中找到了广泛的应用。最近的发展，在operando，超快，高分辨率的表征方法，以及准确的理论模拟方法，导致了复兴的离子插入化合物的理解。在这篇评论中，我们提出了一个统一的框架，了解插入化合物跨越时间和长度尺度，从原子到设备的水平。使用石墨，过渡金属dichalcogenides，层状氧化物，羟基氧化物，和橄榄石为例，我们探讨这些材料中的点缺陷，界面反应和相变方面的共性。我们说明了从电池和电催化剂到电致变色和热晶体管的各种离子插入装置的操作原理的相似性，其目标是跨学科界限统一研究。
2020-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Equilibrium in solid-state electrochemical cells at sample-electrolyte boundary
本文揭示了固态电化学电池中样品-电解质界面处电化学势相等的原理，解释了该界面平衡机制如何显著加速样品合成并降低反应温度。
2023-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Phase stability and ionic transport in post-spinel CaV$_2$O$_4$ cathode
Indian Institute of Science（印度科学学院）
研究钙离子电池后尖晶石CaV₂O₄阴极，结合多种计算方法研究其热力学和离子传输特性，构建相图，发现特定相形成及离子迁移阻碍，提出改善策略，为其实际应用提供设计策略。
2026-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Nanonionics and interfaces for energy and information technologies
具有混合离子电子导电性的功能金属氧化物由于其在不同战略领域的应用而受到越来越多的关注。特别地，与离子传输相关的现象在能量转换和存储装置中是最重要的，例如固体氧化物燃料电池（SOFC）或电池。传统上，阻碍固态电化学装置广泛传播的主要问题是缓慢的离子传导和能够起到电解质作用的具有纯离子传导性的材料家族的数量减少。这是由于离子载流子的低迁移率以及它们与其主体晶体结构的机械和库仑相互作用。对于相对较大且带电的离子，例如O2-或Na+，低离子电导率迫使在高温下操作，这与诸如便携式电子设备的一些应用不兼容。
2018-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Probing Electrified Liquid-Solid Interfaces with Scanning Electron Microscopy
双电层在各种电化学系统中起着关键作用。水溶液中次级电子的平均自由程为纳米量级，这使得它们适合于探测固液电解质界面处的双电层。采用石墨烯作为双电极电化学系统中的电子透明电极，我们表明，石墨烯-液体界面的次级电子产率取决于电解质的离子强度和浓度以及在远程对电极处施加的偏压。这些观察结果与极化引起的双电层内电位分布的变化有关，并证明了使用扫描电子显微镜检查和绘制带电液-固界面的可行性
2020-06-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
IEC-Independent Coupling Between Water Uptake and Ionic Conductivity in Anion-Conducting Polymer Films
本文结合实验与最小模型模拟，研究聚降冰片烯基阴离子交换膜中吸水与离子电导率的关系，揭示其相关性受电荷密度和温度影响，而非仅由IEC决定。
2025-04-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Structural Transitions at Ionic Liquids Interfaces
最近的进展，在实验和计算技术允许一个准确的描述离子液体在金属电极上的吸附。现在已经确定，它们采用多层结构，并且层的组成随着电极的电势而变化。在某些情况下，在第一吸附层中的电位驱动的有序转变已被观察到在实验中探测的界面上的分子尺度或分子模拟。这种观点给出了一个概述，目前的理解，这种过渡和它们的潜在影响的物理和（电）化学过程中的接口。特别是，在电化学研究中已经报道了微分电容中的峰、界面处的缓慢动力学和反应性的变化。离子液体和金属电极之间的界面也与它们的摩擦性能高度相关，其电压依赖性为令人兴奋的应用开辟了道路。
2016-03-12 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Reversible Tuning of Superconductivity in Ion-Gated NbN Ultrathin Films by Self-Encapsulation with a High-$κ$ Dielectric Layer
离子门控是用于经由电场诱导的电荷掺杂来调整材料的物理性质的强大技术，但是倾向于在门控材料中引入超出纯静电的非本征无序和不期望的电化学改性。相反，可逆的、易失性的和静电调制在通过离子门控可获得的静电感应电荷密度实现的新型器件概念的可靠设计和操作中是关键的。在这里，我们展示了一个简单而有效的方法，实现可逆的和挥发性的表面敏感的氮化铌薄膜通过控制其表面的氧化门控。所得的氧化铌封装层表现出与未封装的离子晶体管的电容相当的电容，承受超过栅极电解质的电化学稳定窗口的栅极电压，并且使得封装膜的正常状态电阻率和超导转变温度两者的完全可逆的可调谐性成为可能。我们的方法应该是可转移到其他材料和设备的几何形状，更标准的封装技术是不容易适用。
2022-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Electric-Field-Controlled Antiferromagnetic Spintronic Devices
近年来，反铁磁自旋电子学领域取得了实质性的进展。电场控制是通过抑制焦耳热来实现超低功率自旋电子器件的一种很有前途的方法。本文综述了近年来反铁磁自旋电子器件的研究进展，包括利用应变、离子液体、电介质材料和电化学离子迁移对反铁磁自旋电子器件进行电场调制。各种新兴的主题，如尼尔自旋轨道力矩，手征自旋电子学，拓扑反铁磁自旋电子学，各向异性磁阻，存储器件，二维磁性，和磁离子调制反铁磁体进行检查。总之，我们设想了实现高质量的室温反铁磁隧道结，反铁磁自旋逻辑器件和人工反铁磁神经元的可能性。预计这项工作提供了一个适当的和前瞻性的视角，将促进这一领域的快速发展。
2021-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ion Intercalation in Lanthanum Strontium Ferrite for Aqueous Electrochemical Energy Storage Devices
本研究通过原位椭偏光谱和稀缺陷化学模型，揭示了La0.5Sr0.5FeO3-δ薄膜在碱性电解质中氧和质子嵌入的机制及Fe氧化态变化，为水系电化学储能器件提供了理论支撑。
2023-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Double layer in ionic liquids: capacitance vs. temperature from atomistic simulations
本研究结合分子动力学模拟与密度泛函理论计算，探究石墨烯-EMImBF₄离子液体界面中温度和电势对微分电容的影响，揭示了结构与电容的关联、温度效应及量子电容修正的作用，为相关电化学器件应用提供依据。
2022-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Capacitive and inductive effects in perovskite solar cells: the different roles of ionic current and ionic charge accumulation
本文针对钙钛矿太阳能电池的动态滞后效应，提出等效电路模型，通过复合电流调制区分离子电流和离子电荷积累的作用，结合EIS测量揭示光生载流子复合电流对电容和电感效应的影响，并建立缺陷态研究框架以减缓降解。
2022-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Investigating oxides by electrochemical projection of the oxygen off-stoichiometry diagram onto a single sample
提出一种电化学投影新方法，通过在单一薄膜样品上产生可控的一维氧浓度梯度，结合空间分辨表征技术，高效且连续地研究氧化物功能特性随氧含量的变化。
2025-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Diffuse-Charge Dynamics in Electrochemical Systems
分析了一个微电化学系统模型对随时间变化的外加电压的响应。文章开始了一个新的历史回顾，包括电化学，胶体科学和微流体。模型问题包括一个对称的二元电解质之间的平行板，阻断电极突然施加电压。还考虑了电极上的紧凑Stern层。首先将能斯特-普朗克-泊松方程线性化，在小电压下用拉普拉斯变换求解，在大电压下得到数值解。薄双层的“弱非线性”极限，然后分析匹配的渐近展开在小参数$ε= λ_D/L$，其中$λ_D$是屏蔽长度和$L$的电极间距。在首阶时，系统最初表现得像一个RC电路，响应时间为$λ_D L / D$（而不是$λ_D^2/D$），其中$D$是离子扩散率，但非线性违反了这一常见情况，并引入了多个时间尺度。充电过程减慢，和中性盐吸附的双电层的扩散部分耦合到体扩散的时间尺度，$L^2/D$。在"强非线性“状态（由类似于Dukhin数的无量纲参数控制）中，这种效应产生体浓度梯度，并且在非常大的电压下产生瞬态空间电荷。文章最后概述了更一般的情况下，涉及表面传导，多组分电解质，和法拉第过程。
2004-01-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Unleashing the Potential of Li-Metal Batteries A Breakthrough Ultra-High Room-Temperature Ionic Conductivity Composite Solid-State Electrolyte
本文通过向PVDF-HFP基体引入SiO2纳米球制备了超高室温离子电导率的复合固态电解质，实现了1.35 mS cm-1的室温电导率及优异的循环稳定性，并成功扩展至固态钠/钾电池。
2023-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamics of Ionic Thermoelectrics for Low-Grade Heat Harvesting
本综述阐明了离子热电器件（i-TE）的电化学与热力学基础，详细探讨了热离子电容器和热伽伐尼电池，推导出纳入离子传输与电化学反应动力学的改进热电因子Z，并总结了提升热电势的方法及混合器件进展。
2024-01-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Electrostatic Gating of Ionic Conductance Through Heterogeneous van der Waals Nanopores
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
该研究通过异质范德瓦尔纳米孔实现低电压离子导电控制，展示了亚10纳米孔在低至0.3V电压下实现10倍电流调制，为低功耗离子电路和生物传感提供了新途径。
2026-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Proton-electron coupled catalyst for ionomer-free electrochemical energy conversion
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Max Planck Institute for Dynamics of Complex Technical Systems（马克斯·普朗克复杂技术系统动力学研究所）；California NanoSystems Institute（加州纳米系统研究所）；California Institute of Technology（加州理工学院）
提出一种一维质子-电子耦合催化剂（PECC）结构，同时提供电子和质子传输，实现无离聚物阴极催化层，显著降低氧传输阻力并提升燃料电池功率密度。
2026-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast lithium diffusion in bilayer graphene
具有显著离子和电子传导的固体混合导体在电池电极中所需的传质和存储中起着关键作用。在室温下同时具有高电子和离子电导率的单相材料很难得到，因此已经提出了具有分离的离子和电子通道的多相系统。在这里，我们探索双层石墨烯作为一个真正的单相混合导体，并证明超快锂扩散超过扩散体石墨的数量级，甚至超过氯化钠在液态水中的扩散。为此，已经开发了一种创新的电化学电池架构，其中迫使锂嵌入的氧化还原反应仅位于装置的突起处。其剩余部分由未受电解质干扰的原始双层石墨烯组成。这种几何结构适合于使用从介观低维物理学中已知的磁输运机制。跨空间位移霍尔探针的时间依赖性霍尔测量提供了对面内扩散动力学的直接观察。具有周边材料电化学电池的器件布局可转移到其他2D材料以及薄膜，并且可以促进在片上实验中使用电解质的范式转变。
2017-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
