任意多孔网络中双电层充电的修正基尔霍夫定律
化学物理
2023-09-04 v2
摘要
理解多孔介质中双电层(EDL)充电的动力学对于下一代储能器件的进展至关重要。由于直接数值模拟的计算需求高,且降阶模型缺乏界面边界条件,目前对EDL充电的认识仅限于简单几何结构。在此,我们提出一个理论框架,用于在德拜-休克尔极限下预测长孔任意网络中EDL充电,且对EDL厚度和孔径无限制。我们证明电解质输运由基尔霍夫定律描述,其基于电荷的电化学势(离子电化学势的价加权平均值)而非电势。通过采用这种具有修正基尔霍夫定律的等效电路表示,我们的方法准确捕捉了电荷密度和电势的时空依赖性,与计算密集的直接数值模拟结果一致。我们的框架提供的结果快达五个数量级,使得在一天内高效模拟数千个孔成为可能。我们运用该框架研究孔连通性和多分散性对孔网络电极充电动力学的影响,并讨论这些因素如何影响电容充电的时间尺度、能量密度和功率密度。我们方法的可扩展性和通用性使其成为设计3D打印电极和解释几何效应对电极阻抗谱测量的理性工具。
引用
@article{arxiv.2308.13100,
title = {Modified Kirchhoff's Laws for Electric-Double-Layer Charging in Arbitrary Porous Networks},
author = {Filipe Henrique and Pawel J. Zuk and Ankur Gupta},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.13100},
year = {2023}
}
备注
27 pages and 8 figures