近期，资料学院施思齐团队硕士生何婷婷在导师王达副钻研员的领导下，在可充电电池电解液电化学窗口精准预测及系统设计钻研领域获得进展，在《Advanced Functional Materials》颁发题为"A thermodynamic cycle-based electrochemical windows database of 308 electrolyte solvents for rechargeable batteries"(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202212342)的钻研论文。该期刊是Wiley出版社旗下的国际资料科学与技术领域顶级期刊，致力于报路资料科学获得的突破性进展，涉及领域蕴含能源技术、化学、物理学和生物学等，影响因子为19.924。文章合作者有王爱平（现为清华大学核能与新能源技术钻研院博士后）、郭凯、中科院物理所陈立泉院士、巴中时期创新尝试室欧阳楚英教授及澳大利亚核科学和技术组织Maxim Avdeev教授。j9国际集团为第一单元。
随着电动汽车等下一代能源技术对里程、动力等需要的不休增长，火急必要索求拥有高能量密度的可充电电池。电解液作为电池的关键组成部门，其应阐发出尽可能宽的电化学窗口（ECW）以匹配急剧发展的高电压正极，从而实现当前能量密度的突破。然而，传统基于近似电子结构理论及气相环境的HOMO/LUMO（Highest occupied molecular orbital/Lowest unoccupied molecular orbital）等步骤在预测现实存在复杂溶剂相互作用电解液ECWs时被越来越多的证实与尝试存在巨大误差，使得钻研者们对其使用产生争议。因而，有必要寻找一种轻便、急剧步骤正确预测可充电电池电解液的ECW，以推进电解液ECW数据库的成立。
该论文首先厘清了传统步骤预测电化学窗口误差的本原，并提出高精度热力学循环步骤。首先通过对比近十年颁发的蕴含可充电电池电解液信息的141,427篇有关文件，获得68种电解液溶剂的尝试ECWs，发现持久被忽略的沉组能和溶剂化能是导致传统HOMO/LUMO等步骤预测ECWs均匀绝对误差（MAE）达3.25 V的本原。据此，提出一种蕴含上述能量建改的热力学循环步骤，其中，沉组能和溶剂化能可别离由成立的几何描述符（λ和ΔGsol）进行量化，以此实现了更高精度的ECW预测（MAE降低至0.68 V以下），如图1所示。
图1. 从传统预测电解液ECWs的HOMO/LUMO、VIP/VEA、AIP/AEA到高精度热力学循环步骤的齐全图像。
在此基础上，论文通过对上述文件中获得的电解液溶剂遍历单一官能团进行取代，成立了一个蕴含308种电解液溶剂ECW的资料数据库，如图2所示。进一步对结构/电子平行个性的逐步筛选，找到2种由于以往步骤不正确导致被忽略但潜在拥有宽ECW（>6.00 V）及优异结构不变性（氧化还原过程中键长变动<0.10 ?）的电解液溶剂（Carbamic fluoride和2-Oxo-1,3-dioxolane-4-carbonitrile）。此表，这两种被忽视的溶剂都能提供比EC更低的熔点或更高的闪点，批注它们作为溶剂有可能给电池提供优良的循环寿命和安全性。最后，论文中还指出将来的工作需沉点索求电极资料和电解质之间相互作用对上述氧化还原电位的影响，以进一步建改所提出的步骤的预测精度，并说明那些不能用溶剂本征氧化还原不变性来诠释的景象。此表，当前热力学循环步骤对于预测拥有弱相互作用特点的溶剂分子系统的ECW拥有很强的合用性，但对于解决溶剂和溶质分子之间形成的强氢键或拥有极度高电荷密度的离子的系统的ECW预测问题仍有局限。因而，引入明确的溶化模型以解决上述复杂前提下ECW预测的问题也是将来钻研的沉点。钻研工作得到了国度沉点研发打算以及国度天然科学基金的赞助。
图2. 潜在拥有宽ECW及优异结构不变性（氧化还原过程中键长变动< 0.10 ?）的可充电电池电解液溶剂筛选示意图。
论文全文：
A thermodynamic cycle-based electrochemical windows database of 308 electrolyte solvents for rechargeable batteries
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202212342
