Two-Dimensional graphene-HfS$_2$ van der Waals heterostructure as electrode material for Alkali-ion batteries
在反复充电和放电期间，导电性差和体积膨胀大是当前使用的许多电池电极材料的特征。这导致2D材料，特别是多层2D系统，被认为是替代品。在这些2D多层系统中，基于石墨烯的范德华异质结构具有作为层之一的过渡金属二硫族化物（TMDC）。因此，在本研究中，石墨烯-二硫化铪（Gr-HfS $_2$）系统作为原型Gr-TMDC系统被研究用于作为电池电极的应用。密度泛函理论计算表明，Gr-HfS $_2$范德华异质结构的形成是积极的青睐。为了探索其电池电极应用能力，在异质结构的层间引入Li、Na和K嵌入剂。发现Li和K是良好的嵌入剂，因为它们具有低的扩散势垒以及正的开路电压。与双层石墨烯和双层HfS $_2$的比较表明，Gr-HfS $_2$是有利的电池电极系统。
2020-05-13 cond-mat.mtrl-sci
State of the Art Development on Solid-State Lithium Batteries
本综述总结了2023年上半年固态锂电池在正负极、固体电解质及离子传输观察方面的最新进展，并介绍了提升其安全性和性能的策略。
2023-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Boosting Room-Temperature Li$^+$ Conductivity via strain in solid electrolytes for Lithium-ion Batteries
用于小型化锂离子电池的固体电解质的大多数候选物的室温（RT）电导率仍然比商业要求低1-2个数量级，因此正在寻求几种旨在提高这种值的方法。在这封信中，我们报告的第一次直接的理论证据，外延应变可以是一个有效的工具，以达到这一目标。
2016-03-16 cond-mat.mtrl-sci
A Simplified Model for the Battery Ageing Potential Under Highly Rippled Load for Battery Management and Active Degradation Control
而在典型的标准化测试中，电池几乎完全加载恒定电流或相对缓慢变化的周期，实际应用涉及快速负载纹波，这对净能量没有贡献。减少滤波电容器甚至动态可重构电池的趋势进一步增加了纹波。因此，纹波负载对锂电池的影响越来越受到关注。根据最近的研究，加速老化在很大程度上取决于纹波的频率。我们使用电化学模型来推导出一个高度简化的回归模型，该模型捕获渐近行为，并允许对特定电池进行参数识别和校准。该模型允许定量监测由于电池管理系统中的纹波电流而引起的额外老化。此外，它能够通过影响现代电池系统（如可重构电池）中的频率内容来主动控制老化潜力。
2022-09-19 cond-mat.mtrl-sci cs.SY eess.SY
A Brief Review of Current Lithium Ion Battery Technology and Potential Solid State Battery Technologies
固态电池技术最近引起了丰田、宝马、戴森等公司的极大兴趣。固态电池（SSB）商业化背后的主要驱动力是能够使用锂金属作为阳极，而不是目前使用的碳阳极，这将导致约20%的能量密度改善。然而，迄今为止没有报道的固态电池满足现有技术的液体电解质锂离子电池（LIB）的所有性能指标，并且实际上若干固态电解质（SSE）技术可能永远无法达到与当前LIB同等的水平。我们首先回顾了最先进的LIB，包括其当前的性能特点，成本的商业趋势，和未来的可能性。然后，我们讨论了目前的SSB的研究重点是三类固态电解质：硫化物，聚合物和氧化物。我们讨论了SSB领域最近和正在进行的商业化尝试。最后，我们总结了我们对商业电池未来的看法和时间轴。
2018-03-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
On the Origin and Implications of Li$_2$O$_2$ Toroid Formation in Nonaqueous Li-O$_2$ Batteries
锂空气（Li-O $_2$）电池因其高理论比能而作为当前最先进的可充电锂离子电池的可能替代品而受到了极大的关注。然而，非水Li-O $_2$电池中的最大放电容量由于过氧化锂Li $_2$ O $_2$（电池$'$的主要放电产物）的绝缘性质而限于其理论值的一小部分。在这项工作中，我们表明，包括微量的电解质添加剂，如H $_2$ O，显着提高锂-O $_2$电池的容量。这些添加剂由于其溶剂化性质而触发基于溶液的生长机制，从而规避Li $_2$ O $_2$导电性限制。实验观察和增长模型意味着，这种解决方案的机制是负责锂$_2$环的形成。我们提出了一个一般的形式主义描述添加剂$'$的倾向，触发溶液过程，提供了一个合理的设计路线，提供更大的锂空气电池容量的电解质。
2014-06-12 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Graphene-Enhanced Hybrid Phase Change Materials for Thermal Management of Li-Ion Batteries
锂离子电池是移动通信和运输技术进步的关键组成部分。然而，锂离子电池具有很强的自热性，这限制了它们的使用寿命，并产生了可靠性和环境问题。在这里，我们表明，热管理和锂离子电池的可靠性可以大大提高使用混合相变材料与石墨烯填料。电池的常规热管理依赖于相变材料在小的温度范围内相变时存储在相变材料中的潜热，从而降低电池内部的温度上升。将石墨烯结合到基于烃的相变材料中允许将其热导率增加超过两个数量级，同时保持其潜热存储能力。显热和潜热存储的组合以及电池组外部的改进的热传导导致典型的锂离子电池组内部的温度升高的显著降低。所描述的组合热存储-热传导方法可以导致锂离子和其他类型电池的热管理的变革性变化。
2013-05-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantifying the Rate Performance of Potassium-Ion Batteries
Trinity College Dublin（都柏林三一学院）
本研究通过分析钾离子电池的速率性能数据，发现其速率性能上限超过锂离子和钠离子电池，尽管钾的原子大小和质量较大。
2025-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Performance Classification and Remaining Useful Life Prediction of Lithium Batteries Using Machine Learning and Early Cycle Electrochemical Impedance Spectroscopy Measurements
本文利用早期循环EIS特定频率结合机器学习，实现锂电池性能100%准确分类和R²>0.96的剩余寿命预测，并揭示分类与频率无关。
2024-08-06 cond-mat.mtrl-sci eess.SP
Chemomechanics: friend or foe of the "AND problem" of solid-state batteries?
固体电解质被广泛认为是安全、耐用和高能量密度的可再充电锂离子电池的锂金属阳极的实现者。尽管有希望，但与固态电池相关的故障机制尚未建立，主要是由于对控制它们的化学机械因素的了解有限。我们专注于了解固态方面的最新进展，包括机械应力，本构关系，断裂和空隙形成的影响，并概述了文献中的差距。我们还提供了与化学力学有关的固态电池的制造和加工的概述。所确定的差距为合理设计和开发耐故障固态电池提供了具体方向。
2022-03-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Predicting doping strategies for ternary nickel-cobalt-manganese cathode materials to enhance battery performance using graph neural networks
针对NCM正极掺杂策略繁多、难以优选的问题，本文整合既有研究构建NCM锂离子电池综合数据库，并用图神经网络建立数据驱动模型预测最佳掺杂方案。
2024-09-02 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Quantitative investigation of the influence of electrode morphology in the electro-chemo-mechanical response of Li-ion batteries
在Li离子电池中，电化学势驱动在电解质和存储材料（通常为多孔电极的活性颗粒）之间的界面处发生的氧化还原反应，从而允许Li离子从电极嵌入/提取。该过程的限制因素不仅与电化学亲和力有关，而且与电极的形态等结构特征有关。在本说明中，相关的电极结构进行了研究数值，在电化学机械响应的电池单元与均匀的电极和传统的液体电解质。电极的合适设计引起电池效率的主要增加。
2021-05-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Hybrid-MPET: an open-source simulation software for hybrid electrode batteries
本文介绍了开源电池仿真软件 Hybrid-MPET，该框架通过模拟平行反应、相变和多尺度非均匀性，支持任意比例混合活性材料，并经 Si-Gr 负极和 CFx-SVO 正极实验验证，可加速混合电极电池的设计与开发。
2023-05-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Defective graphene as promising anode material for Na-ion battery and Ca-ion battery
我们研究了Na和Ca在具有双空位（DV）和Stone-Wales（SW）缺陷的石墨烯上的吸附。我们的研究结果表明，吸附是不可能的原始石墨烯。然而，它们在有缺陷的片材上的吸附在能量上是有利的。增强的吸附可以归因于吸附原子和下面的缺陷片之间的电荷转移增加。随着缺陷密度的增加直到某个可能的极限，最大吸附百分比也增加，从而得到更高的电池容量。对于最大可能的DV缺陷，我们可以实现Na离子电池（NIB）的1459 mAh/g和Ca离子电池（CIB）的2900 mAh/g的最大容量。对于完全SW缺陷的石墨烯，我们发现NIB和CIB的最大容量分别为1071 mAh/g和2142 mAh/g。我们的研究结果将有助于为NIB和CIB创造更好的阳极材料，具有更高的容量和更好的循环性能。
2013-09-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Flexible fiber batteries for applications in smart textiles
在这里，我们讨论了两种替代方法，用于构建智能纺织品中应用的柔性电池。第一种方法使用经过充分研究的无机电化学（Al-NaOCl原电池）和创新的包装，以生产细长灵活的纤维形式的电池，可以进一步直接编织到纺织品中。在制造过程中，电池电极在微结构聚合物纤维内共拉，随后用液体电解质填充。第二种方法描述了固体聚合物电解质中的锂离子化学，用于构建完全固体和柔软的可充电电池，该电池可以进一步缝合到纺织品上，或在编织过程中集成为条纹。
2013-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
AI-Driven Discovery of High Performance Polymer Electrodes for Next-Generation Batteries
University of Bayreuth, Faculty of Engineering Science（拜罗伊特大学工程科学学院）
本文提出数据融合ML耦合元学习框架，通过预测有机电极的电压和比容量，加速氧化还原活性有机材料的发现与逆向设计，以替代关键金属并降低电池碳足迹。
2025-02-19 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.app-ph
The role of chemo-mechanical modelling in the development of battery technology -- a perspective
本文展望了化学-力学建模在电池技术发展中的关键作用，指出其对于理解退化机理、突破储能系统瓶颈以及推动多尺度多物理场建模具有重要意义。
2024-03-28 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.app-ph
