DFT Modelling of Explicit Solid-Solid Interfaces in Batteries: Methods and Challenges

计算机科学 电池(电) 快离子导体 电解质 化学工程
作者
Kevin Leung
出处
期刊:arXiv: Materials Science 被引量:1
标识
DOI:10.1039/c9cp06485k
摘要

Density Functional Theory (DFT) calculations of electrode material properties in high energy density storage devices like lithium batteries have been standard practice for decades. In contrast, DFT modelling of explicit interfaces in batteries arguably lacks universally adopted methodology and needs further conceptual development. In this paper, we focus on solid-solid interfaces, which are ubiquitous not just in all-solid state batteries; liquid-electrolyte-based batteries often rely on thin, solid passivating films on electrode surfaces to function. We use metal anode calculations to illustrate that explicit interface models are critical for elucidating contact potentials, electric fields at interfaces, and kinetic stability with respect to parasitic reactions. The examples emphasize three key challenges: (1) the dirty nature of most battery electrode surfaces; (2) voltage calibration and control; and (3) the fact that interfacial structures are governed by kinetics, not thermodynamics. To meet these challenges, developing new computational techniques and importing insights from other electrochemical disciplines will be beneficial.
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