无定形 V$_2$O$_5$ 作为镁电池负极材料的探索
材料科学
2025-10-13 v1 应用物理
摘要
开发更高能量密度、更佳安全性且供应链限制更低的能源存储技术，对于实现可持续能源转型至关重要。本文提出的镁电池（MB）为设计超越锂离子电池（LIB）体积能量密度的能源存储系统提供了可行路径，但需要开发出具备高能量密度和高功率密度的正极材料（阴极）。值得注意的是，缺乏长程有序性的无定形材料可能比晶体框架呈现更平缓的势能曲面，从而导致更快的 Mg 离子迁移。本文采用ab initio分子动力学（AIMD）和基于机器学习的离子势（MLIP）计算，探索无定形 VO 作为镁电池阴极的潜力。利用AIMD生成的数据集，我们训练并验证了能够准确模拟无定形（Mg）VO的矩张量势。由于VO的无定形化，平均Mg插层电压下降10-14%，但电压仍高于硫化物镁阴极。重要的是，我们发现无定形MgVO中Mg的扩散率比其晶体相（硫化物MgTiS）高约五个数量级，这直接归因于结构的无定形化。此外，我们注意到在低温下，无定形结构中Mg的运动具有显著的交叉相关性，而随温度升高，相关性减弱。因此，本工作突显了无定形VO作为既能实现高能量密度又能实现高功率密度阴极的潜力，推动镁电池的实际应用。
引用
@article{arxiv.2505.10967,
title = {Exploration of amorphous V$_2$O$_5$ as cathode for magnesium batteries},
author = {Vijay Choyal and Debsundar Dey and Gopalakrishnan Sai Gautam},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.10967},
year = {2025}
}