Critical role of dynamic structure on ion migration in H2V2O5 cathode material for rechargeable batteries

阴极 离子键合 离子 化学物理 机制(生物学) 二价 锂(药物) 化学 质子 材料科学 物理化学 物理 量子力学 医学 内分泌学 有机化学
作者
Lei Xu,Jing Shi,Dong Jin,Peng Liu,Baozhen Sun,Shuying Zhong,Musheng Wu,Bo Xu,Chuying Ouyang
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:163 (3)
标识
DOI:10.1063/5.0276413
摘要

Understanding ionic migration mechanisms in solid-state materials is of paramount importance for advancing rechargeable batteries technologies. Combining first-principle calculations and ab initio molecular dynamics (MD) simulations, we reveal a novel mechanism of ionic migration in 3D tunnel-type H2V2O5, a newly developed cathode material formed by proton pre-intercalated α-V2O5, where hydrogen bonds dynamic play a critical regulatory role. We demonstrate the rotation behavior of -OH groups and the synergistic coupling between the -OH rotation and divalent ion migration in H2V2O5. The paddle-wheel mechanism, as we referred to here, enables ultralow migration barriers (Eb) of 0.56 eV for Zn2+ and 0.44 eV for Mg2+. In a sharp contrast, this mechanism was not observed for monovalent cations (such as Li+) using the climbing image nudged elastic band (NEB) method, which yields Eb of 0.57 eV. However, by MD simulations, we obtained the activation energy Ea of 0.23 eV for Li+ migration. The discrepancy was found to lie in the paddle-wheel mechanism, which needs to be activated at elevated temperature (≥150 K) for Li+ migration and, therefore, cannot be captured in NEB calculation at 0 K. Our results thus highlight the importance of understanding the paddle-wheel mechanism, meanwhile, the potential of proton pre-intercalated α-V2O5 for cathode materials of both monovalent and divalent ion batteries.
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
舒心的思山应助可靠豌豆采纳,获得10
1秒前
2秒前
bkagyin应助青霜采纳,获得10
2秒前
3秒前
小雪发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
3秒前
4秒前
乐乐应助乔治采纳,获得10
4秒前
5秒前
自然卷发布了新的文献求助10
5秒前
瑜軒发布了新的文献求助10
6秒前
7秒前
8秒前
ax发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
小马甲应助张涵秋采纳,获得10
10秒前
10秒前
杨哈哈完成签到,获得积分10
10秒前
搜集达人应助水三寿采纳,获得10
11秒前
12秒前
13秒前
13秒前
张小科发布了新的文献求助10
13秒前
14秒前
研友_VZG7GZ应助Tim采纳,获得10
15秒前
郑兴林完成签到,获得积分10
15秒前
姜77发布了新的文献求助10
15秒前
瑜軒完成签到,获得积分10
15秒前
15秒前
香蕉觅云应助沉静盼山采纳,获得10
16秒前
16秒前
16秒前
16秒前
SciGPT应助自然卷采纳,获得10
16秒前
杨哈哈发布了新的文献求助30
17秒前
17秒前
神勇的博涛完成签到,获得积分10
17秒前
李芳完成签到,获得积分10
17秒前
17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
The Multiple Self-States Drawing Technique 600
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
Rosenblum, Global Change Biology 500
CLSI VET01S-2024 Performance Standards for Antimicrobial Disk and Dilution Susceptibility Tests for Bacteria Isolated From Animals (7th Ed) 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 7770193
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9313065
关于积分的说明 20332009
捐赠科研通 7355404
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3316178
关于科研通互助平台的介绍 2465033
邀请新用户注册赠送积分活动 2331024