Screening and Design of Aqueous Zinc Battery Electrolytes Based on the Multimodal Optimization of Molecular Simulation

电池(电) 水溶液 电解质 计算机科学 材料科学 化学 冶金 电极 有机化学 物理 物理化学 热力学 功率(物理)
作者
Feng Wei,Luyan Zhang,Yufeng Cheng,Jin Long Wu,Chunhua Wei,J. W. Zhang,Kuang Yu
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:16 (13): 3326-3335 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.5c00341
摘要

Aqueous batteries, such as aqueous zinc-ion batteries (AZIB), have garnered significant attention because of their advantages in intrinsic safety, low cost, and eco-friendliness. However, aqueous electrolytes tend to freeze at low temperatures, which limits their potential industrial applications. Thus, one of the core challenges in aqueous electrolyte design is optimizing the formula to prevent freezing while maintaining good ion conductivity. However, the experimental trial-and-error approach is inefficient for this purpose, and existing simulation tools are either inaccurate or too expensive for high-throughput phase transition predictions. In this work, we employ a small amount of experimental data and differentiable simulation techniques to develop a multimodal optimization workflow. With minimal human intervention, this workflow significantly enhances the prediction power of classical force fields for electrical conductivity. Most importantly, the simulated electrical conductivity can serve as an effective predictor of electrolyte freezing at low temperatures. Generally, the workflow developed in this work introduces a new paradigm for electrolyte design. This paradigm leverages both easily measurable experimental data and fast simulation techniques to predict properties that are challenging to access by using either approach alone.
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