这个用的是溶解在四氢呋喃中的氯化镁铝(MACC)作为电解质,是少数可以可逆地插入Mg的电解质体系。此体系中是电解的$MgCl^+ + AlCl_4^- = MgCl_2+ AlCl_3 $ 有一个主要问题就是充电过程中Al会优先于Mg在负极沉积,所以这个电解质需要优先处理

模型

在这个溶液体系中使用了PCM方式建模(doi10.1021/cr9904009)。这种建模方式是将离溶质近的溶剂分子(或者说,有化学键或者范德华力?)+ 溶质分子形成一个first solvation shell区域(explicit)。而其他离得远的溶剂分子,或者说在first solvation shell区域之外的,是作为implicit model,考虑的是solvent-solvent interaction。

也就是说

explicit=内圈分子=Mg和/或Al+Cl+配位的内层THF

implicit=内圈之外的整个溶剂

这种模型中得到的gibbs free energy是

\[G_{PCM}=E_{PCM}+Zpe_{expl}+q_{expl}-TS_{expl}\]

或者

\[G_{total}=E_{explicit}+Zpe_{explicit}+q_{explicit}-TS_{explicit}+E_{整个溶剂}\]

其中PCM下标是指包括所有分子(包括explicit和implicit部分),expl是仅explicit部分。Z(ero)P(oint)E(nergy)是零点能

方法

Gaussian09和B3LYP泛函来计算了explicit部分(solvation shell)的能量和弛豫结构。

MACC(氯化镁铝)电解质

vasp设定是使用了4x4x4的kpoint,对于固相金属镁和铝,使用了16x16x16(因为结构足够简单)。力收敛判据是EDIFFG=0.02

对于电解溶液中离子的静电相互作用,使用了Debye-Huckel修正能量

  • 分子动力学

计算能量之后使用lammps来进行建模。在NPT中平衡1ns之后在NVT中进行模拟。模拟体系是48x48x48的空间,800个THF分子,和1个MgAlClTHF配合物