Battery Brew 21|第一性原理模拟电化学界面:从“尺度悖论”到热恒电势仪EKL Battery Brew

Battery Brew 21|第一性原理模拟电化学界面:从“尺度悖论”到热恒电势仪

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播客概述:欢迎收听本期节目!

关键内容提要:电化学界面(如电池电极/电解液)是开放、宏观系统,受恒电势控制、涉及电子/离子连续交换;但第一性原理(主要是DFT)模拟局限于纳米级封闭超级单胞,面临严重“尺度悖论”——难以真实重现宏观电压、电场、双电层结构及动态响应。

  • 综述系统回顾过去30年方法演进,强调实现真实电化学模拟需解决两大难题:合适替代模型(Surrogate Model)(如何在盒子里造双电层) + 热力学开放边界条件(如何控制电势/电荷,同时允许自然涨落)。
  • 最新进展:显式反电荷策略主导,特别是计算反电极(Computational Counter Electrode, CCE)与全溶剂化电极(Fully Solvated Electrode, FSE)——将高斯反电荷置于电解液内部(而非真空层外),消除人为疏水间隙、允许更强真实界面电场,避免介电击穿风险。

Todorova, M., Wippermann, S. & Neugebauer, J. First-principles approaches and concepts to simulate electrochemical interfaces. Nat Rev Chem (2026). doi.org

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