Correlations between ionic conductivity and co-solvent modulated water structure and dynamics in aqueous Zn-ion battery electrolytes

水溶液 电解质 离子键合 离子电导率 化学物理 分子动力学 分子 四甲基脲 化学 电导率 离子 无机化学 停留时间(流体动力学) 电池(电) 材料科学 粘度 溶剂化 电阻率和电导率 阳极 热力学 水运 溶剂化壳 物理化学
作者
Sudipta Mitra,Ranjit Biswas
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:163 (16) 被引量:1
标识
DOI:10.1063/5.0293633
摘要

The addition of a co-solvent with a higher donor number than water in aqueous zinc ion (Zn2+) battery (AZIB) electrolyte systems is a promising approach to prevent Zn-dendrite formation and metal anode corrosion. We have investigated here how a co-solvent in an aqueous mixture affects both the structure and dynamics of water molecules that are engaged in solvating Zn2+ ions and whether the solution ionic conductivity constructs any correlation to the altered structure and dynamics of these solvating water molecules. For this purpose, we have considered an experimental AZIB system with tetramethylurea (TMU) as a co-solvent at several compositions. Molecular dynamics simulations have been performed to extract ionic conductivity using the Onsager transport coefficients, tetrahedral H-bond network, intermittent H-bond lifetimes, and residence times of water molecules surrounding Zn2+ ions. We have found that the water-water H-bond network and orientational structure are significantly perturbed due to the presence of Zn2+. Moreover, both the residence time and H-bond lifetime of the solvating water molecules increase in the presence of TMU. The average number of water-water H-bonds is found to be positively correlated to the simulated conductivity, while H-bond lifetimes and water residence times depict anti-correlation. These data suggest that water-water H-bonds surrounding Zn2+ ions critically determine the Zn2+ transport, whereas the increase in water-water H-bond lifetimes and water residence times reinforces the idea of vehicular transport for Zn2+ ions. This microscopic structural and dynamical information explains the role of TMU in this AZIB system and provides a microscopic explanation for the observed mundane viscosity dependence of ionic conductivity.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
bllt的应助被songcheng采纳,获得30
1秒前
2秒前
11完成签到 ,获得积分10
4秒前
4秒前
春风完成签到,获得积分10
4秒前
vivid完成签到,获得积分10
4秒前
6秒前
7秒前
7秒前
7秒前
8秒前
秋风的应助被sue采纳,获得50
9秒前
CX330发布了新的文献求助10
10秒前
yu发布了新的文献求助10
10秒前
11秒前
11秒前
SGQT完成签到,获得积分10
12秒前
vavel发布了新的文献求助10
12秒前
xu发布了新的文献求助10
13秒前
13秒前
13秒前
lyx发布了新的文献求助10
13秒前
瓜子柳絮发布了新的文献求助10
14秒前
Meng发布了新的文献求助10
14秒前
Nole的应助被动人的花瓣采纳,获得10
14秒前
陈好完成签到,获得积分10
15秒前
16秒前
16秒前
无花果的应助被CX330采纳,获得10
16秒前
17秒前
19秒前
慕青的应助被封霖恺采纳,获得10
19秒前
Foam完成签到,获得积分20
20秒前
天天快乐的应助被小鱼采纳,获得10
20秒前
molihuakai的应助被封霖恺采纳,获得10
20秒前
初景的应助被喜悦的虔采纳,获得20
20秒前
明理的青寒完成签到,获得积分10
20秒前
lyx完成签到,获得积分20
21秒前
瑾进完成签到 ,获得积分10
21秒前
zhoudingding发布了新的文献求助30
23秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Rosenblum, Global Change Biology 800
自動車の空力技術 800
Biographisches Lexikon der hervorragenden Ärzte der letzten fünfzig Jahre [1880–1930]. Zugleich Fortsetzung des Biographischen Lexikons der hervorragenden Ärzte aller Zeiten und Völker 600
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
Issues in Task-Based Language Teaching 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 化学工程 工程类 有机化学 物理 复合材料 生物化学 内科学 细胞生物学 基因 遗传学 免疫学 冶金 光电子学 癌症研究
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7787170
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9325793
关于积分的说明 20407103
捐赠科研通 7376125
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3322063
关于科研通互助平台的介绍 2469863
邀请新用户注册赠送积分活动 2338651