基于联合密度泛函理论理解 RuO2 的赝电容

多年来，赝电容器在电能存储领域得到了广泛的实验研究。然而，由于电化学建模的复杂性，对赝电容行为的第一性原理理解仍不令人满意。本文中，我们应用了一种名为联合密度泛函理论（Joint Density Functional Theory, JDFT）的新型模拟技术，模拟了典型材料 RuO2 在模型电解质中的赝电容行为。我们从 JDFT 中获得了电容曲线，该曲线显示出的氧化还原峰位置与实验循环伏安法（CV）曲线中的峰位置相当。我们发现，在低扫描速率下从双电层到赝电容电荷存储的实验转折点，可以通过低覆盖度下的氢吸附来解释。随着电极电压变得更负，H 覆盖度增加并导致表面结构变化，使得顶位氧原子处的 OH 键发生弯曲，从而产生大电容。这种依赖于 H 覆盖度的电容能够解释水合 RuO2 的高赝电容。我们的工作为 RuO2 以及一般过渡金属氧化物的赝电容提供了第一性原理的理解。