揭示电解液与界面奥秘，理论计算赋能水系电池创新

随着全球对高安全、低成本储能需求的激增，水系电池成为了下一代电池技术的重要候选者。然而，其性能瓶颈，如循环寿命、能量密度等，深深根植于复杂的电解液化学和电极-电解液界面行为之中。为了从微观尺度破解这些难题，测试狗科研服务精心打造了一套基于水系电池的理论计算解决方案，综合运用密度泛函理论（DFT） 和分子动力学（MD） 模拟，为水系电池的研发提供从原子到介观尺度的深刻洞察与精准预测。

1. 电解液稳定性与SEI形成分析

研究内容：通过量子化学计算（DFT）电解液分子或添加剂分子的轨道能级（HOMO与LUMO），精确估算其电化学稳定窗口，预测其作为SEI/CEI成膜添加剂的能力。此项分析可有效评估副反应风险与电池安全性，并揭示界面电子转移的微观机理。

2. 阴离子极性分析

研究内容：通过计算阴离子表面的静电势（ESP）分布，量化其极性大小（Anion Polarity Index, API）。该指标直接关联阴离子与水分子的结合能，为筛选和优化电解液盐类、理解离子溶剂化结构提供了关键的理论描述符。

阴离子极性计算案例

3. 分子极性指数与配位能模型

研究内容：延伸阴离子极性的概念，通过DFT计算分子的极性指数（MPI），并建立其与金属离子（如Zn²⁺）的配位能之间的定量关系。该模型可用于高效筛选能优化溶剂化结构、抑制副反应的功能性添加剂分子。

4. 金属离子溶剂化结构模拟

研究内容：利用分子动力学（MD）模拟，在原子层面可视化并统计金属离子（如Zn²⁺）在水系电解液中的溶剂化鞘层结构，包括配位分子种类、数量、键长和键角。这是理解离子传输和去溶剂化过程的基础。

5. 氢键网络与分布研究

研究内容：通过MD模拟，统计分析电解液体系中氢键的数量、类型、寿命和空间分布。氢键网络的结构直接影响电解液的粘度、离子电导率和离子迁移方式，是调控电解液宏观性能的关键微观因素。

6. 物质迁移与扩散行为模拟

研究内容：基于MD模拟，计算离子或其他活性物质在电解液中的扩散系数，直观展示其迁移路径和动力学行为。该研究直接关联电池的倍率性能和功率密度。

7. 离子扩散能垒计算

研究内容：采用DFT方法（如NEB）计算离子在电极材料内部或表面迁移的能垒。该能垒是决定离子固相扩散快慢的核心参数，对于评估电极材料的倍率性能至关重要。

离子扩散能垒计算案例

8. 双电层结构模拟

研究内容：利用MD模拟研究在电场作用下，电极-电解液界面处的双电层结构，精确分析界面处离子和溶剂的浓度分布、取向及分层情况。这对于理解界面电荷传输和反应动力学具有重要意义。

9. 相场模拟

研究内容：采用相场模拟这一介尺度计算方法，研究电极表面枝晶的生长形貌、动力学过程及其与应力场的相互作用。该方法能够直观预测枝晶生长，为抑制枝晶、提升电池循环寿命提供设计策略。

测试狗科研服务提供的理论计算项目构成了一个多尺度、多角度的完整研究体系。从单个分子的电子结构（DFT）到百万原子体系的动态演化（MD），再到枝晶生长的介观模拟（相场），它们相互关联、层层递进，能够系统地解决水系电池在电解液设计、界面调控、离子传输等方面的核心科学问题。