研究成果

POIPC[DBUH]-[FSI]结构及热力学性质

研究人员通过MedeA Environment创建不同掺杂比例的POIPC[DBUH]-[FSI]体系，在低掺杂体系（1.31%和2.52%）引入Schottky空位，研究缺陷效应对体系结构及热力学性质影响。随后采用MedeA LAMMPS计算体系质心（COM）间径向分布函数（RDF）及分析体系氢键。

（1）低温80 K下，RDF中有尖峰，表明体系是有序刚性晶体结构；高温下，RDF中峰型宽化，表现体系向无序液相转变。

（2）掺杂比例从1.31%升至10.55%，长程有序消失，体系趋于非晶态。

（3）体系中最强氢键为N2-H1-O，键长也最短；随温度升高及LiFSI掺杂分数增加，氢键数目降低。

（4）空位在1.31-2V体系中显著减少氢键数量，促进离子转移。

图1 结构示意图:（a）没有空位；（b）含1个空位；（c）含2个空位

图2 Li⁺掺杂量为1.3%，体系中不同离子对RDF

从图3可知，密度随温度升高而降低，特别是熔点处骤降；掺杂比例增加会提高密度，而空位对密度影响较弱。比热容C_P峰对应相变温度，如1.31%掺杂体系有两个转变温度，在280 K下发生固-固相变，320 K下熔化，与DSC实验数据一致。

图3 热力学性质：(a) 密度ρ (b) 比热容Cp

POIPC[DBUH]-[FSI]体系动力学性质

为了深入理解掺杂和空位对POIPC[DBUH]-[FSI]体系动力学影响，研究人员借助MedeA LAMMPS结合Diffusion模块分析不同温度下各离子对扩散系数，同时计算体系活化能E_a。研究发现：[FSI]离子扩散最快，Li⁺次之，[DBUH]最慢；空位在低掺杂体系中显著增强离子迁移；Li⁺的E_a最高，掺杂或空位可降低E_a。

图4 不同温度下FSI的MSD

表1 各体系离子活化能

总计与展望

本案例中，研究人员通过理论计算与实验，揭示了掺杂和空位对POIPC [DBUH][FSI]的影响，掺杂降低熔点并促进非晶化，若过量掺杂可能会降低体系稳定性；空位在低掺杂体系中显著增加离子电导，[FSI]离子扩散速度最快。本研究为高性能固态电解质设计提供新思路，强调协同控制掺杂、空位及氢键平衡导电性与稳定性。

参考文献：

DOI:10.1021/acsomega.5c07146

使用MedeA模块：

• MedeA Environment

• MedeA LAMMPS

• MedeA Diffusion