Analytical solution to the Poisson-Nernst-Planck equations for the charging of a long electrolyte-filled slit pore
我们研究了一个长的电解质填充狭缝孔的充电动力学响应突然施加的电位。特别地，我们解析地求解了孔的泊松-能斯特-普朗克（PNP）方程，其中$λ_D\ll H\ll L$，其中$λ_D$为德拜长度，$H$和$L$为孔的宽度和长度。对于小的外加电位，我们发现随时间变化的电位降之间的孔隙的表面和它的中心是在与著名的传输线模型的预测完全一致。对于中等到高的施加电位，以前的数值工作表明，充电减慢在后期;我们的分析模型再现和解释这种双指数电荷积累。
2022-01-27 cond-mat.soft physics.chem-ph
Fast Charging Limits of Ideally Stable Metal Anodes in Liquid Electrolytes
下一代高能量密度电池需要理想稳定的金属阳极，电池充电期间光滑的金属沉积物被认为是界面稳定性的标志，可以确保高效率和长循环寿命。随着近年来的成功，绝对的形态稳定性是否保证了绝对的电化学稳定性和安全性成为一个关键问题，需要在实际条件下进行系统的实验研究。在这里，我们使用理想稳定的铸锭型钠金属阳极作为模型系统，以确定快速充电的限制，即最高的安全电流密度，金属阳极。我们的研究结果表明，金属渗透仍然可以发生在相对较低的电流密度，但在渗透的过电位取决于隔膜的孔径，并令人惊讶地遵循一个简单的数学模型，我们开发的杨拉普拉斯过电位。我们的研究表明，即使是理想光滑的金属阳极，稳定的金属电池的成功也需要电解质、隔膜和金属阳极的整体设计，以确保无渗透操作。
2021-09-18 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Direct numerical simulations of the modified Poisson-Nernst-Planck equations for the charging dynamics of cylindrical electrolyte-filled pores
了解电解质填充的多孔电极如何响应于施加的电势对于许多电化学技术是重要的。在这里，我们考虑一个模型的超级电容器的两个阻塞圆柱形孔两侧的圆柱形电解质水库。一个逐步的孔隙之间的电势差$2Φ$驱动离子通量的设置，我们研究通过修改后的泊松-能斯特-普朗克方程，用有限元求解。我们的讨论集中在占主导地位的时间尺度上的孔隙收费，以及如何这些时间尺度取决于三个无量纲的数字。除了无量纲的外加势$Φ$之外，我们还考虑了孔隙电阻$R$与整体储层电阻$R_b$之比$R/R_b$以及孔隙半径$r_p$与德拜长度$λ$之比$r_{p}/λ$。我们将我们的数据与Aslyamov和Janssen（$Φ$），Posey和Morozumi（$R/R_b$）以及Henrique，Zuk和Gupta（$r_{p}/λ$）的理论预测进行了比较。通过我们的数值方法，我们描绘了这些理论的有效性和假设的基础上，他们。
2022-04-04 cond-mat.soft physics.chem-ph
Adsorption of Large Ions from an Electrolyte Solution: A Modified Poisson-Boltzmann Equation
从理论上研究了靠近带电表面的电解质溶液的行为。提出了一个修正的Poisson-Boltzmann方程，该方程除了考虑静电相互作用外，还考虑了离子排斥的体积。在正式的格子气形式中，修正的泊松-玻尔兹曼方程可以从配分函数的平均场近似得到。在另一种唯象方法中，可以通过在自由能中包括溶剂分子的熵来导出相同的方程。为了形象化的空间排斥的效果，一个简单的情况下，一个单一的，高度带电的，平坦的表面进行了讨论。这种情况类似于最近的吸附实验的大离子到一个带电的单层。空间效应的重要性的一个简单的标准表示在表面电荷密度和离子的大小方面。结果表明，当这些影响是重要的饱和层附近的表面形成。得到了一个修正的Grahame方程，该方程将表面离子浓度与表面电荷密度联系起来。
1999-11-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech 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
Ion Transport in an Electrochemical Cell: A Theoretical Framework to Couple Dynamics of Double Layers and Redox Reactions for Multicomponent Electrolyte Solutions
电化学装置通常由多组分电解质溶液组成。两个过程影响这些设备的整体动力学：双电层的形成和由于氧化还原反应的化学转化。然而，由于存在多个长度和时间尺度，直接从Poisson-Nernst-Planck方程模拟这两个过程是具有挑战性的。因此，常见的建模方法忽略其中一个过程，假设这两个过程是独立的，或者从无反应系统中推断结果。为了克服这些局限性，我们制定和推导出一个渐近模型，通过求解泊松-能斯特-普朗克方程的任意数量的离子在薄双层限制。我们的分析表明，在系统中有两个不同的时间尺度：双层充电和体扩散。我们的模型显示出良好的定量协议与直接数值模拟。此外，我们的方法是计算效率和数值稳定，即使是大的潜力。我们研究了二元电解质和三离子体系的充电动力学，发现氧化还原反应在短时间内影响双层充电过程，而在长时间内改变双层电容。总的来说，所提出的理论框架提高了我们模拟包含多个离子的电化学设备的能力，并为该领域的未来研究提供了机会。
2022-06-16 cond-mat.soft physics.chem-ph
Molecular dynamics simulations of Nafion thin films at a platinum catalyst surface: Correlating structure with charging behaviour
Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
本研究通过分子动力学模拟铂表面Nafion薄膜模型，揭示电解质分布对微环境的影响，发现水膜稳定性阈值并分析带电界面电容特性，为研究PEMFCs新型离聚物提供有效方法。
2026-04-23 physics.chem-ph
Faradaic and capacitive charging of an electrolyte-filled pore in response to a small applied potential
本研究通过渐近求解耦合的泊松-能斯特-普朗克和弗鲁姆金-巴特勒-沃尔默方程，分析了小电位下充满电解质孔隙中的法拉第与电容充电耦合过程，提出了扩展法拉第传输线模型，并推导出零电荷电位与零频率阻抗的关系式，为实验测量法拉第贡献提供了新方法。
2025-10-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Nanoscale Imaging of Lithium Ion Distribution During In Situ Operation of Battery Electrode and Electrolyte
开发新电池材料的一个主要挑战是了解它们的基本工作机制和降解机制。他们的微观不均匀的性质要求表征工具，提供操作和本地化的信息，从个别晶粒和颗粒。在这里，我们描述了一种方法，图像的纳米级分布的离子在电池电化学充电过程中的透射电子显微镜液流电池。我们使用价态能量损失光谱跟踪溶剂化和嵌入离子，与电子结构指纹的溶剂化离子使用从头算非线性响应理论确定。配备了新的电化学电池支架，纳米光谱和理论，我们已经能够在电化学充电和放电过程中以纳米级分辨率实时确定LiFePO4电极和周围水性电解质的锂化状态。我们跟踪电极和电解质之间的锂转移，并观察阴极中各个颗粒之间的充电动力学。该技术代表了在广泛的电能存储系统中的电化学活性离子的操作纳米级成像的一般方法。
2013-11-25 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
A nonlinear phase-field model of corrosion with charging kinetics of electric double layer
本文开发了一种非线性相场模型，通过耦合电双层充电动力学与介观传输来模拟腐蚀损伤，经验证能准确重现点蚀动力学和瞬态电流密度响应，并揭示了EDL特性对离子传输的显著影响。
2024-08-27 cs.CE physics.app-ph physics.chem-ph
Investigating Cathode Electrolyte Interphase Formation in NMC 811 Primary Particles Through Advanced 4D-STEM ACOM Analysis
本研究通过4D-STEM ACOM分析NMC811的CEI层，发现不同电压下形成LiF或LiF/LiOH层，但LiF无法有效防止降解，需开发添加剂或涂层等保护策略。
2023-12-20 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Evaluating continuum solvation models for the electrode-electrolyte interface: challenges and strategies for improvement
电化学系统的从头算建模正成为理解和预测电化学行为的关键工具。发展和仔细的基准计算电化学方法是必不可少的，以确保其准确性。在这里，使用充电曲线的电极在惰性电解质水溶液的存在下，我们证明，最连续模型，这是参数化和基准的分子，阴离子和阳离子在溶液中，undersolvate金属表面，并低估了表面电荷作为一个功能的应用电位。我们研究这些模型所捕获的电解质和界面的功能，并确定现实的金属表面的电化学计算所需的改进。最后，我们使用Ag（100）的表面电荷作为电压的函数来重新参数化流行的溶剂化模型，以提高金属表面的准确性，而不会显着改变分子和离子溶剂化的效用。
2017-02-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Nonlinear Dynamics of Capacitive Charging and Desalination by Porous Electrodes
多孔电极和水溶液之间的快速和有效的离子交换在许多应用中是重要的，例如通过超级电容器的电能存储、通过电容去离子（或脱盐）的水脱盐和净化、以及从盐度差电容提取可再生能量。在这里，我们提出了一个统一的平均场论的电容充电和脱盐理想的极化多孔电极（没有法拉第反应或特定的吸附离子）的限制薄双层（相比，典型的孔隙尺寸）。我们说明了理论的情况下，稀释的，对称的，二元电解质使用的Gouy-Chapman-Stern（GCS）模型的双层，其中简单的公式是可用于盐吸附和电容充电的扩散部分的双层。我们解决了完整的GCS平均场论理论数值电容去离子的现实参数，我们推导出减少模型的两个限制制度与不同的时间尺度：（i）在“超级电容器制度”的小电压和/或早期的多孔电极的行为像一个传输线，由一个线性扩散方程的静电势，缩放到一个单一的孔的RC时间。(ii)在大电压和长时间的“脱盐制度”中，多孔电极缓慢地吸附中性盐，由孔平均电位和盐浓度的耦合的非线性扩散方程控制。
2009-11-09 physics.chem-ph
Modified Kirchhoff's Laws for Electric-Double-Layer Charging in Arbitrary Porous Networks
本文提出修正基尔霍夫定律的等效电路框架，在德拜-休克尔极限下快速预测任意多孔网络的EDL充电动力学，速度提升五个数量级，并揭示孔隙连通性与多分散性对充电性能的影响。
2023-09-01 physics.chem-ph
Molecular Dynamics of Lithium Ion Transport in a Model Solid Electrolyte Interphase
锂离子电池中的固体电解质界面（SEI）内的Li+传输由于该层的有限组成控制而挑战了分子动力学（MD）研究。近年来，实验和从头计算模拟已经确定二锂乙烯二碳酸酯（Li2EDC）作为SEI层的主要成分。在这里，我们采用了一个参数化的，不可极化的MD力场的Li2EDC的研究输运特性的Li+在这个模型的SEI层在中等温度下。所观察到的相关性是一致的，最近的MD结果使用极化力场，这表明这种非极化模型是有效的，我们的目的调查锂+动力学在长时间尺度。均方位移区分三个不同的锂+运输制度EDC弹道，捕获，和扩散。与液体碳酸亚乙酯（EC）相比，EDC中的纳秒捕获时间明显更长，并且在较高温度下自然降低。为快速充电锂离子电池开发的新材料应具有更小的捕获区域。本文的分析可用于测试锂离子在新型电池材料中的传输。非高斯特征的van Hove自关联函数的Li+在EDC中，随着均方位移，是一致的，在描述EDC作为一个玻璃态材料相比，液体EC。通过分子动力学研究了Li+离子的振动模式，并通过电子结构计算进一步验证了捕获的特征。
2018-01-26 physics.chem-ph
A new battery-charging method suggested by molecular dynamics simulations
基于大规模的分子动力学模拟，我们提出了一种新的充电方法，应该能够在使用传统方法时所需的时间的一小部分充电锂离子电池。该充电方法使用附加的施加振荡电场。我们的模拟结果表明，这种充电方法提供了一个大大减少的平均嵌入时间的Li+离子，这占主导地位的充电时间。振荡场不仅增加了Li+离子在电解质中的扩散速率，而且更重要的是，还通过降低相应的总能量势垒来增强嵌入。
2010-03-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Equivalent circuit and continuum modeling of the impedance of electrolyte-filled pores
本文研究电解液填充孔隙的阻抗建模，指出传输线电路与方程推导中的电流守恒缺陷，并证明孔隙阻抗可直接由电路导出；数值模拟表明长径比大于约5时，阻抗与理论预测吻合。
2023-09-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Grand-canonical molecular dynamics simulations powered by a hybrid 4D nonequilibrium MD/MC method: Implementation in LAMMPS and applications to electrolyte solutions
本研究将一种混合4D非平衡MD/MC巨正则模拟方法在LAMMPS中实现并配套Python接口，经电解质体系验证，可大幅提升离子交换模拟效率。
2023-07-21 physics.chem-ph physics.comp-ph
Bending, breaking, and reconnecting of the electrical double layers at heterogeneous electrodes
该研究利用电化学三维原子力显微镜成像异质石墨电极处离子液体电解质的双电层，揭示其随纳米团簇尺寸发生弯曲、断裂与重连的重构机制。
2024-12-03 physics.chem-ph
A Blessing and a Curse: How a Supercapacitor's Large Capacitance Causes its Slow Charging
用于超级电容器的新型电解质和电极的开发受到实验测量和理论预测的充电时间尺度之间几个数量级的差距的阻碍。在这里，我们提出了一个电极模型，包含许多平行堆叠的电极，解释了超级电容器的缓慢充电动力学。在低电位下，该模型的充电行为很好地描述了一个等效电路模型。相反，在高电位下，充电动力学减慢并在两个弛豫时间尺度上演变：广义的$RC$时间和扩散时间，有趣的是，这对于多孔电极变得相似。这里提出的堆叠电极模型的充电行为有助于理解多孔电极的充电动力学和定性同意与多孔电极测量的实验时间尺度。
2020-02-25 cond-mat.soft physics.app-ph physics.chem-ph
Electroneutrality Breakdown and Specific Ion Effects in Nanoconfined Aqueous Electrolytes Observed by NMR
界面附近的水电解质中的离子分布在电化学、生物和胶体系统中起着关键作用，并且预计在纳米限制区域内特别重要。在解决由不带电的疏水表面纳米限制的水性电解质的离子分布中，通常假定纳米限制区域内的总电荷的电中性是先验的，没有直接的实验验证。在这里，我们使用定量的核磁共振的方法来研究纳米限制在类石墨纳米多孔碳的水性电解质的性质。大量的电中性击穿nanocolinated区域和非常不对称的阳离子和阴离子的nanocolinating表面的充电的响应进行观察。的电中性击穿强烈地依赖于对水-碳界面的阴离子的倾向，这样的离子特异性的响应一般如下的Hofmeister系列的阴离子排名。实验观测结果进一步支持数值计算使用广义泊松玻尔兹曼方程
2015-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.chem-ph
Charging dynamics of electric double layer capacitors including beyond-mean-field electrostatic correlations
本文结合 Nernst-Planck 与 BSK 方程研究超越平均场静电关联对双电层充电动力学的影响，发现特征充电时间随关联长度非单调变化，并揭示强关联强受限电解质运动慢于既有预测。
2025-09-22 cond-mat.soft physics.chem-ph
Impact of Charged Surfaces on the Structure and Dynamics of Polymer Electrolytes: Insights from Atomistic Simulations
聚合物电解质作为下一代锂离子电池和锂金属电池的固体电解质被广泛研究。然而，很少有人知道的结构和动力学性质的聚合物电解质接近电极表面。本文通过分子动力学模拟研究了限制在两个带相反电荷的类石墨电极之间的PEO-LiTFSI聚合物电解质。考虑了$σ_S = 0$、$\pm 0.5$和$\pm 1$ $e$ /nm $^2$的三种不同的表面电荷。在充电时，观察到非常强的和组件特定的分层。只有在表面电荷最高时，锂离子才会去溶剂化并与负极直接接触。层结构随着自由能势垒的出现而出现，这导致锂离子动力学的减少，如通过空间分辨均方位移量化的，校正漂移分量。已知对于聚合物电解质中的长距离锂离子传输非常重要的链间转移对于锂离子在不同层之间的转变没有显著作用。
2021-11-03 cond-mat.soft physics.chem-ph
Effect of Nanopore Wall Geometry on Electrical Double-Layer Charging Dynamics
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Princeton University（普林斯顿大学）；Polish Academy of Sciences（波兰科学院）
本研究通过分析纳米孔壁几何对电双层充电动力学的影响，提出了一种有效电路模型，揭示了倾斜孔壁对离子流的增强作用，为超级电容器性能优化提供了新设计原则。
2026-01-29 physics.chem-ph
A finite element solver for a thermodynamically consistent electrolyte model
Institute for Applied and Computational Mathematics, RWTH Aachen University（应用与计算数学研究所，亚琛工业大学）
本文提出了一种基于热力学一致电解质模型的有限元求解器，通过整合立体效应、溶剂化和压力耦合等物理现象，提升了数值稳定性和物理一致性，并能处理复杂电化学系统。
2025-10-01 cs.CE physics.chem-ph physics.comp-ph
Nanoconfined, dynamic electrolyte gating and memory effects in multilayered graphene-based membranes
在各个片之间掺入电解质的多层石墨烯基纳米多孔膜是一种独特的纳米异质结构系统，其中石墨烯中的纳米限制电子和片之间限制的离子在整个膜中紧密耦合。与电解质门控不太可能出现在多层石墨烯堆叠中的一般概念相反，在这项工作中证明了单层石墨烯中的电解质门控效应可以转移到其相应的多层多孔膜。通过限制在纳米孔中的电解质在每个单独的石墨烯片上呈现的这种门控效应提供了用于探测纳米限制的双电层的复杂动力学的实时电方法。这使得能够观察超级电容器中的离子记忆效应，并对超级电容器的充电动力学产生新的见解。这些发现可能会刺激新型纳米离子器件的设计。
2019-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Microscopic Energy Storage Mechanism of Dielectric Polymer-Coated Supercapacitors
本文提出双电层结构理论框架中的偶极子诱导效应，通过分子动力学和介电超级电容器实验验证，使低电压下积分电容提升超50%，为储能技术发展开辟新途径。
2023-06-26 physics.chem-ph
Charge Renormalization and Charge Oscillation in Asymmetric Primitive Model
本文将德拜充电法推广到研究电解质非对称原始模型的线性响应性质。得到了电解质中各组分离子有效电荷分布的解析结果，并由此导出了系统的所有静态线性响应特性。研究发现，随着离子密度的增加，屏蔽长度和介电常数都由于离子相关性而得到实质性的重整化。此外，较大离子的化合价通过离子相关性基本上向上重整化，而较小离子的化合价保持大致相同。对于足够高的密度，系统表现出电荷振荡。电荷振荡的阈值离子密度远低于对称电解质的相应值。我们的结果与大规模蒙特卡罗模拟吻合得很好。
2016-02-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Investigating the Electrochemical Double Layer with Quantum-Chemical Simulations and Implicit Solvation Models
Technical University Munich（慕尼黑工业大学）
本文通过量子化学模拟和隐式溶剂模型评估DRISM在电化学双电层建模中的表现，对比了Poisson-Boltzmann模型和显式分子动力学结果，发现Lennard-Jones参数对金属离子与金属水相互作用敏感，采用配对特定参数可提高模型准确性。
2026-03-31 physics.chem-ph
Low-Order Mathematical Modelling of Electric Double Layer Supercapacitors Using Spectral Methods
University of Oxford（牛津大学）
本文研究了两种基于物理的模型，用于模拟电双层超电容器的非线性偏微分代数方程。通过谱元素方法发现，其精度比有限差分法更高，计算时间更短，适用于控制与状态估计。
2014-11-29 cs.SY eess.SY physics.chem-ph
Specific Ion Effects of Trivalent Cations on the Structure and Charging State of $β$-Lactoglobulin Adsorption Layers
在这项工作中，我们解决了Y $^{3+}$和Nd $^{3+}$阳离子的乳清蛋白$β$-乳球蛋白（BLG）的吸附在空气-水界面的电解质浓度的函数的影响。这两种阳离子引起非常相似，但在界面和本体溶液中的戏剧性的变化。在这里，应用了电子迁移率和振动和频产生光谱（SFG）的测量，并且一致地显示出对于15 $μ$ M的BLG浓度，在Y $^{3+}$或Nd $^{3+}$的30（本体）和40（界面）$μ$ M的非常低的离子浓度下BLG净电荷的反转。来自界面BLG的Asp或Glu残基的羧酸伸缩振动的SFG光谱显示羧酸伸缩频率的显著变化，我们将其与Y $^{3+}$或Nd $^{3+}$离子与蛋白质羧酸基团的特异性和有效结合相关联。BLG部分与绑定的三价离子的特征重入缩合被发现在一个广泛的浓度范围内的点周围的零净电荷。当离子浓度为50 $μ$ M时，BLG的胶体稳定性最高。<20 $μ$ M and >对BLG溶液宏观泡沫的研究表明，界面荷电状态与泡沫稳定性之间存在结构-性能关系。事实上，当界面净电荷可忽略时，发现在20 $μ$ M离子浓度下泡沫稳定性最小。我们的研究结果提供了新的信息在液-气界面的蛋白质/离子分散体的电荷反转。因此，我们认为我们的研究结果是澄清界面处重入冷凝效应及其与泡沫稳定性相关性的重要一步。
2020-07-15 cond-mat.soft physics.chem-ph
Accelerating charging dynamics of electric double-layer capacitors
Sorbonne Université（索邦大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；King’s College London（伦敦国王学院）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；LPTMS（理论物理实验室）；École Normale Supérieure de Lyon（里昂高等师范学院）；Réseau sur le Stockage Electrochimique de l’Energie (RS2E)（电化学储能网络）
本文研究了通过时间依赖电压控制平面EDLCs的充放电过程，以在比其内在弛豫时间尺度更短的时间内完成完全充放电，利用Poisson-Nernst-Planck模型和小电压近似推导出时间依赖协议，消除任意数量的弛豫模式，从而在有限时间内接近平衡状态。
2026-08-10 cond-mat.soft physics.chem-ph
The nanoscale structure of the Pt-water double layer under bias revealed
带电界面处双层内的纳米级质量和电荷分布在与能量生产和转换具有巨大技术相关性的电化学现象中起着关键作用。然而，尽管它的重要性，双电层的纳米级结构和它对外加电位的响应仍然几乎完全未知，即使是Pt-水，最基本的电化学界面。使用一般的从头算方法，推进以前的模型对一个动态的和更现实的描述电极/电解质界面，我们第一次模拟的纳米级结构的Pt-水双层和它的响应所施加的电位，在现实的溶液条件。我们发现，纳米级的金属/表面结构和充电不被传统的电容器模型捕获，因为电极极化与双电层内的电荷振荡和与电极接触的水层的致密化相关，这两者都强烈依赖于所施加的电势。此外，我们表明，界面偶极子是不是由第一个水层与电极接触的重定向，但其充电状态结合其数密度，而水的重定向成为相关的第二水层。我们的研究结果将是必不可少的开发高度现实的模型在Pt-水界面的催化过程。
2019-05-28 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Modeling of electric double layer at solid-liquid interface with spatial complexity
双电层（EDL）是电极与电解质溶液接触时形成的，广泛应用于生物物理学、电化学、聚合物溶液和能量存储等领域。Poisson-Boltzmann（PB）耦合方程为模拟EDL处的电势和电荷分布提供了基本框架。在这项工作中，基于分数阶微积分，我们重新制定PB方程（有和没有空间效应）通过引入一个现象参数$D$（与0和1之间的值），以占空间的复杂性，由于在EDL中的杂质。研究了不同$D$的电位和离子电荷分布。在$D$ = 1时，模型恢复了理想EDL的经典结果。电位在$D <$ 1处缓慢衰减，因此表明在空间复杂性存在下，在固定表面电位下饱和层的更宽区域。这里开发的分数空间广义模型提供了一个有用的工具，占空间复杂性的影响，而不是在经典的全维模型。
2022-03-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.chem-ph
YSZ/Polypyrrole hybrid nanostructure composite electrode for electrochemical double layer capacitor
本文通过原位合成法制备YSZ/聚吡咯纳米复合电极，其比电容达640 Fg⁻¹，并展现出优异的循环稳定性，为高效超级电容器电极材料提供了新方向。
2024-01-17 physics.chem-ph
How Molecular Chiralities of Bis(mandelato)borate Anions affect Their Binding Structures with Alkali Metal Ions and Microstructural Properties in Tetraalkylphosphonium Ionic Liquids
螺硼酸盐类无机电解质和离子液体具有优异的电化学和摩擦学性能，在工业应用中受到广泛关注。螺硼酸根阴离子的分子手性对这些离子材料的微观结构和宏观功能有着重要的影响，因此需要有一个基本的认识。在目前的工作中，我们进行了量子化学计算，以解决结合强度和配位结构的手性bis（mandelato）borate（[BMB]）阴离子与代表性的碱金属离子，以及电子性质的碱金属离子-[BMB]离子对复合物。优化的[BMB]构象被归类为V形，弯曲，扭曲的结构与不同的静电势轮廓，构象能量，和不同的碱金属离子-[BMB]结合结构。由于优先阳离子- $π$相互作用，碱金属离子与V形[BMB]构象异构体中的苯基具有额外的缔合。此外，通过原子间相互作用，研究了[BMB]阴离子的分子手性对[BMB]离子液体热力学和微观结构的影响。[BMB]阴离子中的氧原子与阳离子中的氢原子之间存在竞争性氢键相互作用，这取决于[BMB]阴离子的分子手性和空间位阻效应。然而，[BMB]阴离子的分子手性对四烷基鏻 [BMB]离子液体的液体密度和阴离子中的硼原子围绕阳离子中的磷原子的空间分布的影响可以忽略不计。扩大四烷基鳞阳离子尺寸导致增强的阳离子-阴离子氢键和库仑相互作用，由于增强的非极性网络中的极性基团在异质IL矩阵的隔离。
2020-01-26 cond-mat.soft physics.chem-ph
Nanoscale roughness and morphology affect the IsoElectric Point of titania surfaces
我们报告的纳米结构的二氧化钛（TiO 2）表面在水溶液中的充电行为的表面纳米级的粗糙度和形态的作用的系统调查。表面的等电点（IEPs）的特点是直接测量的静电双电层之间的相互作用的二氧化钛表面和微米级的球形二氧化硅探针的原子力显微镜在NaCl水溶液电解质。胶体探针的使用提供了良好定义的相互作用的几何形状，并允许有效地探测纳米级形态的整体效果。利用超音速团簇束沉积技术制备纳米二氧化钛薄膜，实现了对薄膜表面形貌参数的定量控制。系统地研究了双电层在不同相互作用区的性质，这些相互作用区的特征纳米尺度长度（均方根粗糙度Rq，关联长度德拜长度λD）的比值不同.我们观察到一个显着的减少了几个pH值单位的IEP粗糙的纳米结构表面，相对于平坦的结晶金红石二氧化钛。为了解释所观察到的IEP的行为，我们认为粗糙度引起的双电层的自重叠作为一个潜在的来源，偏离预期的趋势，平坦的表面。
2013-05-17 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Electrostatic solvation free energies of charged hard spheres using molecular dynamics with density functional theory interactions
确定水溶液中单离子的溶剂化自由能是物理化学中最基本的问题之一，但仍有许多未解决的问题。特别是，分解成简单和直观的贡献的溶剂化自由能的能力将有重要的影响模型的电解质溶液。在这里，我们提供的各种类型的单离子溶剂化自由能的定义基于不同的模拟协议。采用密度泛函理论相互作用势结合分子动力学模拟（DFT-MD）计算了带电硬球的溶剂化自由能，并与Born（线性响应）模型进行了比较，分离了电荷和空穴的影响.我们表明，使用未校正的埃瓦尔德求和导致非物理值的单离子溶剂化自由能和充电的阳离子的自由能是近似线性的函数的电荷，但有一个小的非线性小阴离子。用量子力学确定的硬球的电荷水合不对称性（CHA）比类似的真实离子大得多。这表明，真正的离子，特别是阴离子，是显着更复杂的比简单的带电硬球，一个常用的表示。
2017-07-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
