盐于离子液体电解质:离子网络形成与碱金属阳离子的负有效电荷
统计力学
2021-10-12 v2
摘要
盐于离子液体电解质因相较典型有机电解质在安全性上的提升,作为下一代电池的潜在电解质受到显著关注。然而,近期实验与计算研究表明,在特定条件下碱阳离子可在电场中迁移,仿佛带有净负有效电荷。特别地,观察到碱阳离子在碱金属盐摩尔分数较小时具有负迁移数,而在摩尔分数较大时恢复为预期的净正迁移数。模拟已对这些现象提供一些见解:非对称离子团簇的形成以及渗流离子网络可很大程度上解释碱阳离子的反常输运。然而,由于离子缔合通常经由离子对形成处理,捕捉此类现象的热力学理论尚未建立。本文基于经典聚合物理论提出的理论,描述了碱阳离子与阴离子间的热可逆缔合,其中大型非对称离子团簇与渗流离子网络的形成是该理论的自然结果。此外,我们给出几种计算离子液体中碱阳离子有效电荷的通用方法。我们注意到,负有效电荷是该理论参数下的稳健预测,且渗流离子网络的形成导致在碱金属盐摩尔分数较大时阳离子净正电荷的恢复。总体而言,我们发现我们的理论在离子团簇统计与碱阳离子有效电荷方面与分子模拟具有优良的定性一致。
引用
@article{arxiv.2106.12492,
title = {Salt-in-Ionic-Liquid Electrolytes: Ion Network Formation and Negative Effective Charges of Alkali Metal Cations},
author = {Michael McEldrew and Zachary A. H. Goodwin and Nicola Molinari and Boris Kozinsky and Alexei A. Kornyshev and Martin Z. Bazant},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.12492},
year = {2021}
}