A network model to predict ionic transport in porous materials

电解质 材料科学 介电谱 离子键合 化学物理 电极 机械 统计物理学 拓扑(电路) 电化学 离子 化学 物理 电气工程 工程类 有机化学 物理化学
作者
Filipe Henrique,Paweł J. Żuk,Ankur Gupta
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:121 (22) 被引量:2
标识
DOI:10.1073/pnas.2401656121
摘要

Understanding the dynamics of electric-double-layer (EDL) charging in porous media is essential for advancements in next-generation energy storage devices. Due to the high computational demands of direct numerical simulations and a lack of interfacial boundary conditions for reduced-order models, the current understanding of EDL charging is limited to simple geometries. Here, we present a network model to predict EDL charging in arbitrary networks of long pores in the Debye–Hückel limit without restrictions on EDL thickness and pore radii. We demonstrate that electrolyte transport is described by Kirchhoff’s laws in terms of the electrochemical potential of charge (the valence-weighted average of the ion electrochemical potentials) instead of the electric potential. By employing the equivalent circuit representation suggested by these modified Kirchhoff’s laws, our methodology accurately captures the spatial and temporal dependencies of charge density and electric potential, matching results obtained from computationally intensive direct numerical simulations. Our network model provides results up to six orders of magnitude faster, enabling the efficient simulation of a triangular lattice of five thousand pores in 6 min. We employ the framework to study the impact of pore connectivity and polydispersity on electrode charging dynamics for pore networks and discuss how these factors affect the time scale, energy density, and power density of capacitive charging. The scalability and versatility of our methodology make it a rational tool for designing 3D-printed electrodes and for interpreting geometric effects on electrode impedance spectroscopy measurements.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
刚刚
刚刚
xiliyusheng完成签到,获得积分10
2秒前
一颗橙子发布了新的文献求助10
2秒前
3秒前
GD完成签到,获得积分10
4秒前
yoyo112233发布了新的文献求助10
5秒前
掐钰完成签到,获得积分10
5秒前
怡然诗霜发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
奎奎完成签到 ,获得积分10
7秒前
xiliyusheng发布了新的文献求助10
7秒前
8秒前
9秒前
火星上安筠完成签到,获得积分10
11秒前
11秒前
12秒前
ayintree发布了新的文献求助10
12秒前
水水的发布了新的文献求助10
12秒前
lzl17o8发布了新的文献求助10
12秒前
yoyo112233发布了新的文献求助10
15秒前
whynot发布了新的文献求助10
16秒前
17秒前
19秒前
传奇3应助敏er好学采纳,获得10
20秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
21秒前
Orange应助ayintree采纳,获得10
21秒前
Qy05发布了新的文献求助10
22秒前
23秒前
科研通AI6应助WTT采纳,获得10
23秒前
姜梨完成签到 ,获得积分10
23秒前
自信千琴完成签到 ,获得积分10
24秒前
孙大旭完成签到,获得积分20
25秒前
陈家骏完成签到,获得积分20
26秒前
大个应助晨曦采纳,获得10
26秒前
27秒前
xxn完成签到 ,获得积分10
28秒前
123完成签到 ,获得积分10
28秒前
田様应助木火采纳,获得10
28秒前
高分求助中
Aerospace Standards Index - 2025 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Video: Lagrangian coherent structures in the flow field of a fluidic oscillator 2000
Clinical Microbiology Procedures Handbook, Multi-Volume, 5th Edition 1000
Teaching Language in Context (Third Edition) 1000
List of 1,091 Public Pension Profiles by Region 961
流动的新传统主义与新生代农民工的劳动力再生产模式变迁 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 纳米技术 计算机科学 内科学 化学工程 复合材料 物理化学 基因 遗传学 催化作用 冶金 量子力学 光电子学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5449271
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4557461
关于积分的说明 14263571
捐赠科研通 4480503
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2454464
邀请新用户注册赠送积分活动 1445194
关于科研通互助平台的介绍 1420969