電化學(xué)儲(chǔ)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(fù)雜固液界面在二次電池和超級(jí)電容器等電化學(xué)儲(chǔ)能器件中扮演著重要角色；準(zhǔn)確揭示這些固液界面的微觀(guān)結(jié)構(gòu)及其動(dòng)態(tài)形成過(guò)程，有助于認(rèn)知其儲(chǔ)能機(jī)理，以研發(fā)出高性能儲(chǔ)能器件。近年來(lái)，我們開(kāi)發(fā)恒電勢(shì)分子模擬方法與技術(shù)，采用具有不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與表面特征的電極和具有不同分子構(gòu)型與物化性質(zhì)的電解液，模擬刻畫(huà)了鋰離子電池與超級(jí)電容器中的儲(chǔ)能界面，探究了電極-電解液界面的復(fù)雜微觀(guān)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)形成過(guò)程與儲(chǔ)能性能之間的關(guān)聯(lián)機(jī)制，為新型儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)提供了新思路。

本報(bào)告的主要內(nèi)容包括：報(bào)告人及其團(tuán)隊(duì)提出的二次型恒電勢(shì)新算法，開(kāi)發(fā)了能在電極上準(zhǔn)確施加電壓/電流的分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)與軟件，能高效地模擬出充放電過(guò)程中電極與電解液形成的動(dòng)態(tài)復(fù)雜固液界面；解析雜質(zhì)/添加劑對(duì)儲(chǔ)能界面微觀(guān)結(jié)構(gòu)與工作電壓的影響機(jī)理，以此提出了定向調(diào)控界面結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的納米孔內(nèi)的離子傳輸及其儲(chǔ)能性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)了特定納米孔強(qiáng)化離子傳輸?shù)男卢F(xiàn)象，提出了能同時(shí)提高能量密度和功率密度的儲(chǔ)能方案；模擬解析了充放電過(guò)程中的界面熱行為，發(fā)現(xiàn)了離子液體電化學(xué)體系中儲(chǔ)能界面產(chǎn)熱隨電壓先吸熱后放熱的新現(xiàn)象，發(fā)展了同時(shí)考慮平動(dòng)熵和轉(zhuǎn)動(dòng)熵的格子氣模型，揭示出溶劑主導(dǎo)水溶液界面產(chǎn)熱的微觀(guān)作用機(jī)理。

主講人簡(jiǎn)介：

馮光，華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院教授/博導(dǎo)，英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)士。2002、2005年分別獲華中科技大學(xué)學(xué)士、碩士學(xué)位，2010年獲美國(guó)Clemson大學(xué)博士學(xué)位，2010-2013在美國(guó)Vanderbilt大學(xué)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(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院和煤燃燒與低碳利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)恒電勢(shì)分子模擬方法與技術(shù)，研究與電化學(xué)界面和輸運(yùn)相關(guān)的基礎(chǔ)性、前沿性問(wèn)題，在超級(jí)電容器與二次電池儲(chǔ)能機(jī)理與優(yōu)化設(shè)計(jì)方面取得了一些創(chuàng)新成果：編纂百科全書(shū)1卷、發(fā)表英文書(shū)籍3章、SCI期刊論文百余篇；近五年，發(fā)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(xué)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)（排1），任Energy Advances創(chuàng)刊副主編。