Ca-dimers, solvent layering, and dominant electrochemically active species in Ca(BH4)2 in THF

分层 溶剂 化学 结晶学 立体化学 生物 有机化学 植物
作者
Ana Sanz-Matı́as,Fabrice Roncoroni,Siddharth Sundararaman,David Prendergast
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:2
标识
DOI:10.1038/s41467-024-45672-7
摘要

Abstract Divalent ions (Mg, Ca, and Zn) are being considered as competitive, safe, and earth-abundant alternatives to Li-ion electrochemistry, but present challenges for stable cycling due to undesirable interfacial phenomena. We explore the formation of electroactive species in the electrolyte Ca(BH 4 ) 2 ∣THF using molecular dynamics coupled with a continuum model of bulk and interfacial speciation. Free-energy analysis and unsupervised learning indicate a majority population of neutral Ca dimers and monomers with diverse molecular conformations and an order of magnitude lower concentration of the primary electroactive charged species – the monocation, $${\rm{CaBH}}_{4}^{+}$$ CaBH 4 + – produced via disproportionation of neutral complexes. Dense layering of THF molecules within ~1 nm of the electrode surface strongly modulates local electrolyte species populations. A dramatic increase in monocation population in this interfacial zone is induced at negative bias. We see no evidence for electrochemical activity of fully-solvated Ca 2+ . The consequences for performance are discussed in light of this molecular-scale insight.
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