電化學儲能界面的分子模擬

主講人 : 馮光教授

電極與電解液形成的復雜固液界面在二次電池和超級電容器等電化學儲能器件中扮演著重要角色；準確揭示這些固液界面的微觀結構及其動態形成過程，有助于認知其儲能機理，以研發出高性能儲能器件。近年來，我們開發恒電勢分子模擬方法與技術，采用具有不同拓撲結構與表面特征的電極和具有不同分子構型與物化性質的電解液，模擬刻畫了鋰離子電池與超級電容器中的儲能界面，探究了電極-電解液界面的復雜微觀結構和動態形成過程與儲能性能之間的關聯機制，為新型儲能技術的研發提供了新思路。

本報告的主要內容包括：報告人及其團隊提出的二次型恒電勢新算法，開發了能在電極上準確施加電壓/電流的分子動力學模擬技術與軟件，能高效地模擬出充放電過程中電極與電解液形成的動態復雜固液界面；解析雜質/添加劑對儲能界面微觀結構與工作電壓的影響機理，以此提出了定向調控界面結構的理論與策略，有效提高了電解液的工作電壓；探究具有不同孔型結構的納米孔內的離子傳輸及其儲能性質，發現了特定納米孔強化離子傳輸的新現象，提出了能同時提高能量密度和功率密度的儲能方案；模擬解析了充放電過程中的界面熱行為，發現了離子液體電化學體系中儲能界面產熱隨電壓先吸熱后放熱的新現象，發展了同時考慮平動熵和轉動熵的格子氣模型，揭示出溶劑主導水溶液界面產熱的微觀作用機理。

主講人簡介：

馮光，華中科技大學能源與動力工程學院教授/博導，英國皇家化學學會會士。2002、2005年分別獲華中科技大學學士、碩士學位，2010年獲美國Clemson大學博士學位，2010-2013在美國Vanderbilt大學和FIRST能源前沿研究中心先后以博士后和研究助理教授從事研究工作，2013年11月加入華中科技大學能源與動力工程學院和煤燃燒與低碳利用全國重點實驗室。專注于開發恒電勢分子模擬方法與技術，研究與電化學界面和輸運相關的基礎性、前沿性問題，在超級電容器與二次電池儲能機理與優化設計方面取得了一些創新成果：編纂百科全書1卷、發表英文書籍3章、SCI期刊論文百余篇；近五年，發表第一或(共同)通訊作者論文40余篇（包括Nature Materials、Nature Computational Science、Nature Communications、Physical Review Letters、Physical Review X、Advanced Materials、Angewandte Chemie、Chemical Reviews等），獲湖北省自然科學一等獎1項（排1），任Energy Advances創刊副主編。