钠离子溶剂化进入石墨的自由能景观

已知钠相较于锂在钠嵌入方面提供的能量容量非常低。在本研究中，我们使用基于量子力学的元动力学模拟来获得钠离子从二甲基亚砜（DMSO）溶剂嵌入石墨的自由能景观。我们发现元动力学中最低的自由能极小对应于被 3 或 4 个 DMSO 溶剂化的钠。这些态的自由能极小由计算为 0.17 eV 的溶剂化自由能所活化，其反过来又是最热力学稳定的。我们在无偏和有偏分子动力学模拟中观察到钠与石墨片层的弱相互作用。我们的模拟结果表明，溶剂通过屏蔽钠同时调节溶剂与石墨片层的相互作用，在稳定钠嵌入石墨中起着重要作用。为促进该嵌入，我们提出带有负电荷基团和芳香核（例如环醚）的溶剂，其可允许更大的阴离子交换速率以提高 Na+ 迁移率。