锌离子可充电电池正极材料的计算筛选

我们提出了一套全面的指标（包括获取和分析这些指标的方法），用于基于 Zn$^{2+}$ 嵌入过程的可充电锌离子水系电池候选正极材料的计算筛选。这些指标涵盖了材料中 Zn$^{2+}$ 嵌入与传输的可行性、充放电材料结构的热力学稳定性、正极材料与电解液的电化学稳定性、体积膨胀以及储能容量。该方法被应用于已知的正极材料（$\alpha$-MnO$_2$ 和 V$_2$O$_5$）以及一些潜在的替代材料（MoS$_2$、ZrP$_2$O$_7$、MoO$_3$ 和 FeO$_2$），以展示筛选工作流程和决策过程。我们表明，锌离子水系可充电电池正极材料的选择是一个多方面的问题，第一性原理计算有助于缩小搜索范围。尽管我们未能识别出特别成功的正极材料，但本工作中开发的工具和技术可更广泛地应用于筛选更广泛的潜在材料组成与结构，旨在识别具有不限于 Zn$^{2+}$ 离子的嵌入储能机制的水系可充电电池的下一代正极材料。