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
The cycling mechanism of manganese-oxide cathodes in zinc batteries: A theory-based approach
本文构建结合DFT计算的连续介质全电池模型，阐明近中性硫酸锌电解质中锰氧化物正极的两相循环与主导电荷存储机制，并据实验验证以优化电池性能。
2023-08-07 physics.chem-ph
Evaluation of reduced-graphene-oxide-supported gold nanoparticles as catalytic system for electroreduction of oxygen in alkaline electrolyte
在此，化学还原的氧化石墨烯负载的金纳米颗粒被认为是用于在碱性介质中还原氧的催化材料。以NaBH_4预还原的Keggin型磷钼杂多蓝作为前驱体（HAuCl_4）的还原剂，采用化学还原法制备了金纳米粒子。多金属氧酸盐（PMo 12 O 4 O3-）封端配体稳定金纳米颗粒沉积物，促进其分散和附着到碳载体上。事实上，从独立的诊断伏安实验（在0.5 mol dm-3 H2SO 4中）可以明显看出，杂多酸盐在金和碳的纳米结构（还原氧化石墨烯和Vulcan）上容易形成稳定的吸附物。可以合理地预期，聚氧乙烯酸盐辅助的金成核发生在碳衬底上存在的含氧缺陷附近。在电化学诊断实验的条件下（在0.1 mol dm-3 KOH中进行）：（i）磷钼酸盐吸附物从界面上除去，因为它们在碱性介质中溶解;和（ii）Au纳米颗粒（Au负载量，30 μg cm-2）保持良好分散在碳上，这从透射电子显微镜中可以看出。通过循环伏安法和旋转环-盘伏安法实验证明了还原氧化石墨烯负载的金纳米颗粒对碱性介质中氧还原的高电催化活性。其中重要的问题是金和载体之间可能的活化相互作用，以及存在于还原的氧化石墨烯的组织不良的石墨结构上的结构缺陷的存在（如从拉曼光谱中明显的）。
2018-05-08 physics.chem-ph
Electro-Oxidation of p-Silicon in Fluoride-Containing Electrolyte: A Physical Model for the Regime of Negative Differential Resistance
当Si在含氟化物的电解质中阳极氧化时，生长氧化物层。同时，该层被含氟化物的电解质蚀刻。在一定的电压范围内，稳定态的电流-电压特性呈现负斜率。我们提出了一个物理模型，再现这种负斜率。特别是，我们的模型假设氧化层由部分和完全氧化的Si组成，并且蚀刻速率取决于有效的氧化程度。最后，我们表明，我们的模拟是在良好的协议与测量的电流-电压特性，氧化层厚度，溶解价，和电化学系统的阻抗谱。
2019-02-12 nlin.CD nlin.PS physics.chem-ph
Surface Sensitive NMR Detection of the SEI Layer on Reduced Graphene Oxide
固体电解质界面（SEI）对可再充电电池的性能和寿命是有害的。了解它的形成需要提供分子水平洞察力的分析技术。在这里，动态核极化（DNP）是第一次用于提高灵敏度的固态NMR（ssNMR）光谱的SEI。该方法在天然丰度和富含13 C的电解质溶剂中的锂离子电池中循环的还原氧化石墨烯（rGO）上得到证明。我们的研究结果表明，DNP增强了外部SEI层的信号，使得能够在合理的时间范围内从SEI的该组分中检测天然丰度13 C光谱。此外，在100K下的13C富集的电解质测量提供了足够的灵敏度，而没有DNP，这是由于大量的SEI填充rGO孔，从而允许区分内部和外部SEI层组成。进一步开发这种方法将有利于许多电极材料的研究，使ssNMR具有有效探测SEI所需的灵敏度。
2018-05-08 physics.chem-ph
Fabrication of condense and thin YSZ electrolyte layer using novel thermal-assisted slurry spin coating method for IT-SOFC
介绍了一种简单的旋涂法在NiO-YSZ阳极基底上制备用于固体氧化物燃料电池的YSZ电解质层。在浆料旋涂工艺期间加热基板增强了穿过层的受影响区域，并导致在烧结程序之前优化涂覆的电解质颗粒的压实量。在该双层基底的顶部上，LCFN被沉积为中温固体氧化物燃料电池阴极，以便在中温范围内具有合适的输出性能。以增湿氢气为燃料，空气为氧化剂，电池性能表征显示所制备的样品具有更高的功率输出。单电池的电化学阻抗谱测量也表明界面电阻和欧姆电阻都降低了。这些结果与扫描电子显微镜显微照片一起揭示了通过所建议的方法涂覆的YSZ层的密度优于通常的浆料旋涂方法。
2021-05-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Finite Field Methods for the Supercell Modelling of Charged Insulator-Electrolyte Interfaces
与离子溶液相互作用的离子固体的表面可以通过离子交换来积累电荷。表面电荷由电解质边界处的过量电荷带补偿，形成双电层。这些双电层很难用计算凝聚相科学的超原胞方法来建模。当固体是电绝缘体（如大多数离子固体）时，问题出现，所述电绝缘体允许在代表超晶胞中的固体的板的宽度上的有限内部电场。平板充当电容器。储存的电荷是溶液中的不足，不能完全补偿固体表面电荷。在这里，我们展示了如何使用Stengel，Spaldin和Vanderbilt [Nat. Phys. { \bf 5}，304，（2009）]开发的有限场方法来克服这些问题。我们还展示了如何可以计算的双层的电容，一旦整体的电中性的双层恢复通过应用一个有限的宏观领域$\mathbf{E}$，或者由零电位移$\mathbf{D}$。该方法使用先前提出的恒定场方法的有限温度分子动力学适应性对固体-电解质界面的经典模型进行了验证[Phys. Rev. B，2016，93，144201]。由于电解质中的离子可以扩散穿过超晶胞边界，这个应用被证明是周期系统中极化多值性的关键说明。
2016-11-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
A unified and consistent electrical double layer model for treatment of core and space charge layer in solid electrolytes
本文提出统一且一致的电气双层模型，处理固体电解质核心层与空间电荷层，揭示核心层对电势分布、缺陷浓度及电导率的影响，为优化固态电化学器件性能提供准确计算基础。
2024-12-23 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Development of nanostructured-graphene-supported silver nanoparticles as catalysts for electroreduction of oxygen in alkaline electrolyte
在这里，我们开发了一类离面心立方结构的金属银纳米晶体，以实现高ORR活性过程。制备了沉积在不同碳载体上的银纳米颗粒：羧基化石墨烯、SiO2掺杂的还原氧化石墨烯（Gr/SiO2）和还原氧化石墨烯（Gr）。银离子的还原和沉积在石墨烯型载体内的银纳米颗粒的形成已经通过UV-Vis光谱法进行了评估，并通过XRD研究进行了证实。所提出的化学合成方法的主要优点是将银纳米颗粒和石墨烯载体的优异性能集成在一步合成中，使用100%的银前体（AgNO 3）。碳载体的选择强烈影响所得银纳米粒子对氧气在碱性介质中的电还原的催化活性。我们表明，与固定在羧化石墨烯载体和化学还原的氧化石墨烯（Gr）内的银纳米颗粒相比，SiO2掺杂的还原的氧化石墨烯负载的银纳米颗粒在碱性溶液中显示出对氧还原反应（ORR）的显著增强的催化活性。此外，在RRDE条件下，基于SiO2掺杂的还原氧化石墨烯负载的银纳米颗粒的杂化材料显示出对ORR的最令人印象深刻的电催化性能，并且当与固定在羧化石墨烯载体内的银纳米颗粒相比时，显示出范围为3.96至3.998的最高交换电子数（n（3.90-3.994）和还原氧化石墨烯（Gr）负载的银纳米颗粒（3.88-3.991）。
2018-05-09 physics.chem-ph
A class and home problem on electrolyte transport: constant electric field implies electroneutrality, but electroneutrality does not imply a constant electric field
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
本文通过银电沉积细胞的Poisson-Nernst-Planck方程揭示电中性与电场恒定之间的误解，通过一维模型和附加背景电解质的扩展问题，展示电中性并非电场恒定的充分条件。
2026-04-30 physics.chem-ph
Electrolytes for Li-ion all-solid-state batteries: a first-principles comparative study of Li10GeP2O12 and Li10GeP2S12 in the LISICON and LGPS phases
在这项工作中，我们解决锂离子在硫代LISICON材料和它们的氧化物对应物中的扩散，通过扩展的Car-Parrinello分子动力学在正则和等压等温系综探索正交相和四方相的Li 10 GeP 2S 12（LGPS）和Li 10 GeP 2 O 12（LGPO）。的（准）正交相和四斜晶系相的氧化物和硫化物进行了研究，其目的是比较它们的导电性与相同的方法，在这四个案例研究，四斜晶系LGPO尚未报道，而动态稳定，它坐在（0.04 Ha/公式单位）以上的正交LGPO。我们计算的扩散激活能为0.18 eV和0.23 eV的四方晶系和正交LGPS，和0.22 eV和0.34 eV的四方晶系和正交LGPO。在实验中，我们发现正交LGPO的数量级导电性，在室温下，比两个硫化物系统。然而，对于四方晶系LGPO，情况并非如此，其虽然不如其正交同素异形体稳定，但在室温下显示出与正交和四方晶系LGPS相当的电导率，并且如果合成，可以制成非常有吸引力的锂离子导体。
2020-10-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
The Impact of Inter-grain Phases on the Ionic Conductivity of LAGP Solid Electrolyte Prepared by Spark Plasma Sintering
本研究量化了不同放电等离子烧结条件下LAGP固体电解质中晶间相的3D形貌、成分对离子导电性的影响，发现680°C制备时无序Li9Al3(P2O7)3(PO4)2相主导晶间区域可实现最佳离子导电性。
2022-11-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Anodic Decomposition of Surface Films on High Voltage Spinel Surfaces -- Density Function Theory and Experimental Study
基于有机溶剂的液体电解质在阴极材料界面处的氧化分解已被确定为高压锂离子电池中容量快速衰减的主要原因。部分或完全由电解质分解产物组成的“阴极电解质中间相”（CEI）膜的演变最近也被证明与高电位下的电池循环行为相关。利用密度泛函理论（DFT）计算，混合PBE 0功能，和尖晶石氧化物的（001）表面作为模型，我们研究这两个相互关联的过程。与先前的计算一致，预测碳酸亚乙酯（EC）溶剂分子在适度的操作电压下容易在Li（x）Mn（2）O（4）（001）表面上氧化，形成吸附的有机碎片。然而，预测这种CEI碎片进一步氧化分解以释放CO2气体需要更高的电压，这与Li（x）Ni（0.5）Mn（1.5）O（4）（LNMO）在较小的x值下一致。我们认为，多步反应，包括第一次形成的CEI膜，然后进一步氧化的CEI在更高的电位，是最相关的容量衰减。与溶解或氧化的原生Li 2CO 3膜，这是在电解质与氧化物表面接触之前被删除，相关的机制也进行了探讨。
2020-03-06 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Eliminating the irregular surface layer of anodically-grown Ni-Ti-O nanopore arrays in a two-stage anodization
Faculty of Materials Science and Engineering, K. N. Toosi University of Technology（材料科学与工程系，K.N. 托伊西理工大学）
通过两阶段阳极氧化工艺，去除Ni-Ti-O纳米孔阵列的不规则表面层，实现高规则性和厚层厚度，以提高表面积性能。
2025-12-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.bio-ph
In-situ Raman spectroscopy analysis of the interfaces between Ni-based SOFC anodes and stabilized zirconia electrolyte
一种新的电极原位拉曼光谱实验方法|基于使用稳定的立方氧化锆的光学透明单晶膜，已经提出并验证了受控气氛中的固体电解质界面。该技术使得通过将激光束穿过单晶电解质到达界面上，结合同步电化学测量，可以直接进入SOFC中的电化学反应区。以开路条件下标准金属陶瓷阳极中的NiO还原分析为中心的案例研究表明，所观察到的动力学参数与氧化镍的文献数据之间具有良好的一致性。多孔金属陶瓷在400- 600 ℃流动H2-N2气氛中的还原动力学可用经典Avrami模型描述，表明反应速率由Ni扩散限制的金属晶核生长决定。简要讨论了新的实验方法的优点和局限性。
2016-07-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Electrical double layer and capacitance of TiO2 electrolyte interfaces from first principles simulations
本文利用基于从头算的机器学习势模拟TiO2-电解质界面双电层，揭示了标准平均场模型的局限，并开发了精确计算界面电势降的方法，所得电容与实验一致，阐明了碱性溶液电容更大的微观起源。
2024-03-29 physics.chem-ph
Non-equilibrium electric double layers at the interface between two electrolytes
在两种电解质之间的界面处的电荷分布的情况下，非零离子通量进行了研究。该分析是一个扩展的建立Verwey-Niessen理论的非平衡状态。应用匹配的渐近展开的双电层和散装电解质的区域，离子浓度和静电势的解析表达式推导。发现双电层令人惊讶地稳定。即使在所施加的电场如此强以至于完全抵消界面处的电荷云的场的情况下，也会形成两个相对的空间电荷区域。这种现象定性地解释了使用一个简单的模型，将离子分配和扩散离子运输。另一个值得注意的现象是，界面在施加电场的情况下获得净电荷，这与界面流的流体动力学稳定性有关。
2011-05-02 cond-mat.soft physics.chem-ph
Controlling turbulent drag across electrolytes using electric fields
摩擦力的可逆控制是工业摩擦学中一个尚未解决的关键问题。最近的研究表明，在低滑动速度下，这种控制可以通过在电解质润滑剂上施加电场来实现。然而，在高滑动速度的现象是未知的。在本文中，我们研究了剪切下的流体动力学摩擦超过过渡到湍流。我们开发了一种新的，高度并行化，数值方法求解耦合Navier-Stokes Poisson-Nernest-Planck方程。我们的研究结果表明，湍流阻力不能控制整个稀电解质单独使用静态电场。Poisson-Nernst-Planck形式主义的局限性暗示了利用电场控制湍流阻力的方法。
2017-01-10 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.comp-ph
Flexible, solid electrolyte-based lithium battery composed of LiFePO4 cathode and Li4Ti5O10 anode for applications in smart textiles
在这里，我们报告制造的灵活和可拉伸的电池组成的应变自由LiFePO 4阴极，Li 4 Ti 5 O 10阳极和固体聚环氧乙烷（PEO）电解质作为隔膜层。该电池是从智能纺织品应用的角度开发的。该电池以固体热塑性电解质为关键使能元件，可挤压或拉伸成纤维或细条，直接与智能纺织品制造中使用的编织工艺兼容。本文首先详细介绍了材料的选择，电极和隔膜层的制造和表征。然后组装电池并对其进行表征，最后，将由几个长条制成的大型电池样品编织成织物，用导电线连接，并进行表征。在本文中，我们详细研究了电池设计的两个实际方面：第一是以导电碳和聚合物粘合剂材料的优化比例制备阴极/阳极材料的复合材料，第二是电池性能，包括循环，可逆性和阴极/阳极材料的相容性。最后，当铸造电极和隔膜层时，我们主要关注使用水溶液代替有机溶剂，以使制造过程环境友好。
2011-11-28 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Degradation of Layered Oxide Cathode in a Sodium Battery: A Detailed Investigation by X-Ray Tomography at the Nanoscale
研究了具有P3/P2结构的层状Na0.48Al0.03Co0.18Ni0.18Mn0.47O2（NCAM）阴极在钠电池中的老化机理。这项工作的目的是合理的逐步性能衰减和改变的电化学响应的极化，电压签名，和容量损失。通过定量和定性分析支持的纳米级X射线计算机断层成像对电极的空间重建显示了循环的层状金属氧化物颗粒中的断裂和变形，以及沉积在材料上的无机侧化合物。这些不可逆的形态变化反映了由于形成具有不同Na+嵌入程度的各种域而导致的跨阴极颗粒的结构异质性。此外，X射线光电子能谱学数据表明，循环后的电极中的无机物种主要由NaF、Na_2 O和NaCO_3组成，它们是由寄生电解质分解形成的。这些绝缘化合物在电极/电解质界面处的沉淀和在材料中诱导的相关结构应力导致阴极粒度的减小和电化学活性的部分损失。循环后NCAM相的保留表明电解质升级可以改善阴极的性能以实现可持续能量存储的实际应用。
2021-08-25 physics.app-ph physics.chem-ph
Modeling Nucleation and Growth of Zinc Oxide During Discharge of Primary Zinc-Air Batteries
金属空气电池是最有前途的下一代储能设备之一。依靠丰富的材料和提供高能量密度，潜在的应用在于电动汽车，便携式电子和固定电网应用领域。现在，对二次锌空气电池的研究重新开始，其被商业化为初级助听器电池。制造锌-空气电池的主要障碍之一是由于碱性电解质与大气二氧化碳接触而劣化，因此其寿命差。在这篇文章中，我们提出了一个商业瓦尔塔PowerOne按钮电池的连续理论。我们的模型包含锌的溶解和氧化锌在阳极中的成核和生长，多孔介质中的电解质传输，以及气体扩散电极中的多相共存。我们进行电化学测量和验证我们的模型。理论和实验之间的良好的协议，发现和新的见解的氧化锌成核和生长和二氧化碳溶解放电和寿命的作用。我们展示了我们的工作的可充电锌空气电池的发展的影响。
2017-06-14 physics.chem-ph
Impedance of an electric double layer capacitor with a multi-component electrolyte
Institute of Physics, Norwegian University of Life Sciences（挪威生命科学大学物理研究所）
本文基于泊松-能斯特-普朗克方程推导了含任意数量离子的理想电解质双电层电容器的阻抗，发现扩散系数不等时电荷弛豫与中性模式耦合，为混合电解质的特殊阻抗谱提供了连续介质解释。
2026-08-04 cond-mat.soft physics.chem-ph
The Hydrodynamic Solution for Flow Profiles in a Binary Strong Electrolyte Solution Under an External Electric Field
在本文中，我们遵循的Onsager-Wilson理论的一般思想的强二元电解质溶液和完全计算的离子流的速度分布，首先正式解决的流体动力学（斯托克斯）方程进行外部电场的傅立叶变换方法，然后明确评估的正式傅立叶变换的解决方案作为空间位置和场强的函数。因此，轴向和横向分量的速度和伴随的非平衡压力显式获得。它们是在外部电场中求解流体动力学方程的罕见例子。目前的结果使人们有可能调查的方法来克服数学困难（发散）固有的方法，威尔逊在他的论文中使用的电导理论（即Onsager-Wilson理论）强二元电解质的正式解决方案的评估。对一些速度剖面的例子进行了数值计算。它们显示了在外部电场下离子在离子溶液中的运动。一种可能的方法来摆脱发散引起的电泳效应的条款进行检查。在后续的工作中，在这项工作中获得的结果将被应用到研究离子电导率和相关的传输过程中的电解质溶液。
2010-11-24 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Conductance of concentrated electrolytes: multivalency and the Wien effect
离子溶液的电导率在高达几毫摩尔的低离子浓度下是很好理解的，但在自然界和技术应用中仍然常见的较高浓度下变得难以解开。最近提出了一种在低电场下单价电解质在高浓度下的电导率模型。该模型依赖于应用随机密度泛函理论，并使用修改后的静电对电位，抑制非物理，短程静电相互作用。在这里，我们将理论扩展到多价离子以及高电场的偏离欧姆定律称为维恩效应发生。我们的结果是在良好的协议与实验和最近的模拟。
2022-09-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Electrical noise in electrolytes: a theoretical perspective
看似无关的实验，如通过纳米管的电解质传输，纳米尺度电化学，NMR弛豫和表面力平衡测量，所有探针的电波动：电流，电荷和极化，场梯度（四极核）和耦合的质量/电荷密度。这些不同的可观测量的波动来自于离子和溶剂分子的相同的基本微观动力学。原则上，这些动态的相关长度和时间尺度被编码在动态结构因子中。然而，为跨越许多数量级的频率和波矢量对后者进行建模仍然是一个巨大的挑战，以解释物理过程中的实验，例如溶剂化动力学，扩散，离子之间的静电和流体动力学相互作用，与固体表面的相互作用等。我们强调收费的核心作用-电荷动态结构因素在电解质中的电观测值的波动，并提供了一个统一的观点，在各种互补的实验。我们进一步分析了这个量在特殊情况下的NaCl水溶液电解质，使用模拟与明确的离子和明确或隐含的溶剂。我们讨论了标准泊松-能斯特-普朗克理论捕捉模拟结果的能力，以及如何改进预测。最后讨论了离子和水对总电荷涨落的贡献。这项工作说明了为全面了解块状和受限电解质中的电波动而正在进行的努力，以便使实验学家能够破译测量的电噪声中编码的微观特性。
2023-02-03 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph physics.comp-ph
Transient fluctuation-induced forces in driven electrolytes after an electric field quench
了解电解质溶液在热平衡之外的行为是化学和生物学许多领域的长期努力。虽然平均场论被广泛用于模拟电解质的动力学，它也是重要的，以描述这些系统中的波动的影响。在以前的工作中，我们表明，在强电解质中，由外部电场驱动的离子的动力学可以产生长程相关性明显不同于平衡屏蔽的相关性;在非平衡稳态，这些相关性引起一种新的长程波动诱导力（FIF）。在这里，我们通过考虑强电解质的动力学扩展这些结果后，它是淬火从热平衡时的应用程序的恒定电场。我们发现，电荷和密度的相关性的渐近长距离的限制一般是扩散的时间。这些相关性引起的长距离的FIFs作用于中性限制板与长时间的制度，是由幂律时间衰减朝向稳态值的力的振幅。这些研究结果表明，非平衡涨落对浸入驱动电解质中的物体的动力学具有重要影响，它们可能有助于探索控制带电溶液中长距离力的新方法。
2021-04-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Polymer electrolytes in strong external electric fields: Modification of structure and dynamics
我们提出了一个广泛的原子分子动力学模拟研究的结果，聚（环氧乙烷）（PEO）掺杂的锂-双（三氟甲烷）磺酰亚胺（LiTFSI）盐的影响下，外部电场强度高达$1\,$ V/nm。的动机源于最近的实验报告的迁移率的非线性响应的电场在这样的电解质系统中的应用和引起的猜测场诱导的聚合物链的排列，创建通道状的结构，促进离子通过。因此，我们系统地研究了电场对锂配位环境，聚合物结构以及离子输运性质的影响，并进一步提出了一个程序来量化结构和动力学观测值对外电场的敏感性。我们的研究揭示了确实是一个线圈拉伸转换的PEO股随着并发的非线性行为的动态性能。然而，从研究的时间响应的未扰动的电解质系统的现场应用，我们能够排除结构条件的离子传输增强，并令人惊讶地观察到放缓。提供了一个微观的理解。
2020-10-21 cond-mat.soft physics.chem-ph
Compressive pressure, spatial confinement of ions, and adiabatic heat generation in binary strong electrolyte solutions by an external electric field
本文利用我们最近得到的二元离子溶液速度Stokes方程的流体力学精确解，证明了在外加电场作用下，电解质溶液中的非平衡压力不仅可以是压缩的，而且在包含离子气氛中心离子所在坐标原点的区域内可以是发散的。这种发散的压缩压力意味着，理论上可以局部地限制离子，并且还可以借助于外部电场在局部热生成。场的依赖性的压力，从而热发射的数值示出和制表连同其上限的理论估计，这是指数相对于场强。它表明，理论上，电解质溶液中的核之间的库仑势垒（例如，离子和溶剂分子的核），从而使它们熔合在一起，如果没有其它作用干预来阻止它的话。
2011-01-31 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Insight into hydrogen production through molecular simulation of an electrode-ionomer electrolyte system
在这项工作中，我们研究金属电极离聚物电解质系统在高电压/负表面电荷和高pH值，以评估影响制氢效率的因素。我们模拟了Bates等人实验研究的析氢电极界面，Journal of Physical Chemistry C，2015使用第一性原理计算和经典分子动力学的组合。有了这个详细的分子信息，我们探索在贝茨等人提出的假设。特别是我们研究的系统的响应，以增加偏置电压和氧化物覆盖的电位分布，溶剂化和物种浓度的变化远离电极，表面浓度，和水的方向在反应表面的网站。我们讨论这种反应的背景下，氢的生产。
2019-03-27 physics.chem-ph
On the Onsager--Wilson Theory of Wien Effect on Strong Binary Electrolytes in a High External Electric Field
在这篇综述论文中，我们提出并批判性地重新审视了在耶鲁大学未发表的W。S. Wilson理论的基础上形成的Onsager-Wilson理论的维恩效应在二元强电解质溶液。指出了本文中得到的组成流速公式的一些积分和他在离子气氛中中心离子位置处（即，坐标原点）发散。因此，他们不能评价的方式进行的轮廓积分在他的论文中指出的原因，本文的文本。本文给出了这类积分的结果，并给出了交替的精确的计算。详细情况将在后续论文中与改进的维恩效应电导率公式一起介绍。
2010-05-28 physics.chem-ph
Finite electric displacement simulations of polar ionic solid-electrolyte interfaces: Application to NaCl(111)/aqueous NaCl solution
Tasker III型离子晶体的极性终端携带净表面电荷以及偶极矩，并且基本上不稳定。在与电解质接触时，这种极性表面可以通过从溶液中吸附抗衡离子以形成双电层（EDL）来稳定。在先前的工作（J. Chem. Phys 147，104702（2017））中，我们报告了基于经典力场的原型模型系统（即两侧均与NaCl水溶液界面的NaCl（111）板）的分子动力学研究。模拟中的一个严重障碍是，有限宽度的平板允许固体中的电场扰动半无限系统界面处的理论电荷平衡（NaCl（111）的表面电荷密度的一半）。结果表明，应用有限宏观场$E$抵消内部电场可以恢复界面处的正确电荷补偿。在目前的工作中，我们扩展了这种方法，通过应用共轭电位移场$D$。使用$D$代替$E$作为控制变量的好处有两个方面：它不仅加快了模拟中极化的收敛，而且导致了仅涉及预先已知的结构参数的偏置位移场的简洁表达式。这使得它的可行性研究的电荷补偿现象的原型系统与密度泛函理论为基础的分子动力学（DFTMD），如在这项工作中所示。
2018-09-04 physics.chem-ph
Asymmetric rectified electric and concentration fields in multicomponent electrolytes with surface reactions
本文通过正则摄动分析求解多组分电解质中的 Poisson-Nernst-Planck 方程，发现表面电化学反应可在离子扩散率相等时单独产生非对称整流电场和浓度场，并推导其解析表达式，为胶体组装和电化学器件中的电解质输运提供了新机制解释。
2023-08-11 cond-mat.soft physics.chem-ph
Effect of orientational ordering of water dipoles on stratification of counterions of different size in multicomponent electrolyte solution near charged surface -- a mean field approach
本文采用平均场方法对电解质溶液中水偶极子的非均匀尺寸效应和取向有序性进行了理论研究。执行的自由能的最小化，产生的离子和水的分布函数的数值确定的过程中求解泊松方程。讨论了离子尺寸不均匀和水偶极子取向有序性对多组分电解质溶液中不同尺寸反离子在带电表面附近分层的影响。还计算了二元电解质溶液的相对介电常数和双电层微分电容的空间依赖性，并与以前模型的预测进行了比较。详细研究了平衡离子体积浓度和离子尺寸效应对多组分电解质溶液表面电荷密度、平衡离子过量部分、相对介电常数和微分电容的影响。
2022-02-14 cond-mat.soft physics.chem-ph
Variational functional theory for coulombic correlations in the electric double layer
Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
本文提出了一种变分函数理论，用于描述电双层中电解质离子与溶剂偶极子的库仑相关性，通过引入可调参数提升对界面电容的描述精度。
2024-11-25 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Anomalous, Dielectrophoretic Transport of Molecules in Non-Electrolytes
本文提出一种基于电场介电极化的微尺度溶液分离新方法，发现非电解质分子在电场梯度下的浓度变化远超经典热力学预测，并证实分离效率随电场强度增强而提高、随电压频率升高而降低。
2023-11-27 cond-mat.other physics.chem-ph
Wien Effect on Ionic Conductance of Binary Strong Electrolyte Solutions in a High External Electric Field
在前一篇文章中，我们得到了二元强电解质溶液在外加电场中Stokes方程的精确解。在本文中，该解决方案被应用于计算维恩效应偏离库仑传导定律在高场。本工作线的重要目标之一是消除或避免计算电泳和弛豫时间系数时的发散困难。本工作实现了这一目标，通过计算的基础上计算的轴向速度分布的离子气氛的中心的位置作为一个功能的减少的电场强度，并由此计算的电泳和弛豫时间系数的迁移球形离子气氛在每个值的减少的电场强度。与电泳和弛豫时间系数，从而计算出沿轨迹的离子气氛的中心相对于减少的电场强度，硫酸镁溶液的等效离子电导计算和实验数据进行比较，在非常好的精度。与Wilson理论的预测结果进行了比较，发现其结果比Wilson理论的预测结果有很大的改进。此外，与Wilson理论不同，本方法是无发散的。这不仅为离子溶液的非平衡液体结构和离子气氛在电场中的运动提供了新的解释，而且也表明了如何应用Onsager-Wilson电导理论来解释Wien效应对离子电导的影响。
2012-07-05 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Long-range fluctuation-induced forces in driven electrolytes
我们研究了由均匀外电场驱动的电解质的随机动力学，并表明，尽管存在德拜屏蔽，它具有通用的标度不变性。由此产生的长程相关性在中性边界之间产生了一种类似卡西米尔的波动诱导力，该力限制离子;这种力由外部电场控制，并且它可以在类似的边界条件下既是吸引力又是排斥力，这与其他长程波动诱导力不同。这项工作突出了电解质中非平衡相关性的重要性，并展示了它们如何用于调节不带电的生物或合成结构之间的相互作用。
2021-03-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Ionic Associations and Hydration in the Electrical Double Layer of Water-in-Salt Electrolytes
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Harvard University（哈佛大学）；University of Illinois Urbana–Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
研究水-盐电解质电双层中离子关联和水合作用对理解其性质的重要性，通过理论和分子动力学模拟揭示电双层结构的不对称性及离子聚集行为。
2025-01-17 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Non-equilibrium steady states of electrolyte interfaces
本文借助 PNP 理论研究了电解质界面的非平衡稳态，导出了依赖电流密度的电场与密度解析表达式及扩散层微分电容，并提出了检测非物理解的表面电导率本构关系准则。
2023-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.chem-ph
Electric double layer of spherical pH-responsive polyelectrolyte brushes in an electrolyte solution: a strong stretching theory accounting for excluded volume interaction and mass action law
在本文中，我们研究了pH响应聚电解质接枝球形粒子的静电，通过使用强拉伸理论，考虑到排除体积相互作用和可充电的网站上的电荷的密度的电子分子。基于自由能理论，我们得到了确定球形刷结构和静电的自洽场方程。首先，我们发现内核的半径越小，刷毛的高度越长。然后，我们还证明，排除体积相互作用的增加产生膨胀的刷高度。此外，我们演示了如何影响的pH值，体离子浓度，和相邻的双链之间的横向分离上的球形双刷的静电性能的内核的半径，排除的体积相互作用和可充电的网站密度。
2022-08-30 cond-mat.soft physics.chem-ph
Poisson-Nernst-Planck charging dynamics of an electric double layer capacitor: symmetric and asymmetric binary electrolytes
本研究通过解析与数值方法求解Poisson-Nernst-Planck方程，分析对称及不对称二元电解质双电层电容器在阶跃电压下的充电动力学，划分不同浓度与电压下的弛豫区域并给出适用条件。
2025-08-18 cond-mat.soft physics.chem-ph
Electric Field Induced Associations in the Double Layer of Salt-in-Ionic-Liquid Electrolytes
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Harvard University（哈佛大学）；Imperial College London（伦敦帝国学院）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of Illinois at Urbana–Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
本文研究了在盐-离子液体电解质（SiIL）双电层中电场诱导的离子关联现象，通过理论模型揭示了在不同电场下离子聚集行为的变化，提出了在强电场下离子交换和聚集的新机制。
2024-03-26 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Electrical Double Layer Properties of Spherical Oxide Nanoparticles
纳米粒子的双电层特性的准确表征对于优化其物理化学性质以用于特定的生物技术和生物医学应用具有根本的重要性。在这篇文章中，我们使用经典的溶剂化密度泛函理论和表面络合模型来研究pH值和纳米颗粒尺寸对包围球形二氧化硅纳米颗粒的电解质溶液的结构和静电性质的影响。该制剂特别适用于确定在各种pH水平和纳米颗粒尺寸下支配离子驱动力的主导相互作用。作为一个结果，显示之间的静电势，离子-离子相关性和粒子拥挤效应的纳米粒子表面滴定，丰富的，非平凡的离子密度分布和平均静电势行为之间的相互作用已被发现。
2016-12-13 cond-mat.soft physics.chem-ph
