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Effect of anion identity on ion association and dynamics of sodium ions in non-aqueous glyme based electrolytes—OTf vs TFSI

化学 电解质 三氟甲磺酸 二聚体 溶剂化 锂(药物) 无机化学 离子 离子缔合 电化学 分子动力学 溶剂 物理化学 计算化学 有机化学 医学 电极 内分泌学 催化作用
作者
Ke Li,Visal Subasinghege Don,Chris S. Gupta,Rolf David,Revati Kumar
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:154 (18) 被引量:15
标识
DOI:10.1063/5.0046073
摘要

Sodium-based rechargeable battery technologies are being pursued as an alternative to lithium, in part due to the relative abundance of sodium compared to lithium. Despite their low dielectric constant, glyme-based electrolytes are particularly attractive for these sodium-based batteries due to their ability to chelate with the sodium ion and their high electrochemical stability. While the glyme chain length is a parameter that can be tuned to modify solvation properties, charge transport behavior, reactivity, and ultimately battery performance, anion identity provides another tunable variable. Trifluoromethanesulfonate (triflate/OTf) and bis(trifluoromethane)sulfonamide (TFSI) are chemically similar anions, which are often used in battery electrolytes for lithium-based batteries. In this paper, molecular simulations are used to examine the differences in ion association and charge transport between sodium salts of these two anions at different salt concentrations in glymes with the increasing chain length. The use of the modified force field developed for NaOTf in glymes for the NaTFSI electrolytes was validated by comparing the TFSI–sodium ion radial distribution functions to the results from ab initio molecular dynamics simulations on 1.5 M NaTFSI in diglyme. While the ion association behavior as a function of salt concentration showed similar trends for both NaOTf and NaTFSI in tetraglyme and triglyme electrolytes, the dominant solvation structures for the two sets of electrolytes are distinctly different in the monoglyme and diglyme cases. The conductivity is impacted by both the ion association behavior in these electrolytes and the non-vehicular or hopping transport of the anions in these systems.
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