Li-KCl熔融界面上离子扩散的分子动力学研究.pdf

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1、第24卷第4期化学研究与应用VoI．24．N0．42012s芊．4RChemicalResearchandApplicationApr．，2012文章编号：1004．1656(2012)0443546-06Li—KC1熔融界面上离子扩散的分子动力学研究段晓惠h，李剑锋，祝文军，谭学蓉(1．西南科技大学材料科学与工程学院，四』lf绵阳621010；2．中国工程物理研究院流体物理研究所，四川绵阳621900)摘要：采用分子动力学(MD)方法研究了熔融I(电极)一KC1(电解质)界面上离子的扩散行为。熔融界面上离子的扩散动力学通过离子质心的均方位移(MSD)和速度自相关函数

2、(VACF)进行研究，扩散系数由MSD(￡)函数线性区间的斜率和VACF(t)函数积分得到。模拟结果表明，在熔融的Li—KCI界面上，I』i离子在浓度梯度的驱动下穿过界面发生定向迁移，导致双电层的形成和外电路上电流的输出。“离子的扩散系数比K’和C1一离子的大7～8倍，说明在界面上Li离子是主要的载荷子，热电池的电荷传输机制主要与Li离子的扩散运动有关。由Nemst—Einstein公式对电导率进行估算，由扩散到KC1层中的Lj’离子产生的电导率约为0．4S·cm～，对应的电流密度估算值为3．27x10’A·am～。关键词：热电池；分子动力学；IA—KC1界面；MSD

3、；VACF；扩散系数D；电导率仃中图分类号：0647文献标识码：AInvestigationofionicdifusiononmoltenLi-KCIinterfacebymoleculardynamicsmethodDUANXiaohuih，LIJian—feng，ZHUWen-jun。，TanXue．rong(1．SchoolofmaterialsscienceandEngineering，SouthwestUniversityofScienceandTechnology，Mianyang621010，China；2．InstituteofFluidPhysics

4、，ChinaAcademyofEngineeringPhysics，Mianyang621900，China)Abstract：Moleculardynamics(MD)simulationsareusedtostudytheionicdifusionbehavioronthemoltenLi(electrode)一KC1(e．1ectrolyte)interface．Thedynamicsoftheionicdifusiononthemolteninterfaceisinvestigatedbythemean—squaredisplacement(MSD)andth

5、evelocityautoeorrelationfunction(VACF)forthecenterofmas,softheion．ThediffusioncoeficientiSestimatedfromthelinearslopeofMSD(‘)andfromtheintegraloftheVACF(t)functions．ThesimulationresultsindicatethatLiionstakeplacedirectionaltransportthroughthemoltenLi—KC1interfacedrivenbytheconcentration

6、gradient，resultingintheformationofelectricaldoublelayerandtheOUtputofcurrentinexternalcircuit．ThedifusionCOefficientoftheLiionsiS7～8times1argerthanthoseofKandC1一ions．ThismeansthattheLiion8arethemainchargecarriersonthemoltenelectrodeLi．electrolyteKClinterfaee．andthemechanismofthechargetr

7、ansportinthethermalbatteryiSmainlyrelatedtothediflusionbehavioroftheLi’iORS．TheelectricalconductivityiScalculatedfromtheNernst．Einsteinformula．Theelectrica1conductivityresultedfromtheLi’iOUSdifusingintotheKCIiayeriscalculatedtobeapproximately0．4S·cm～．andtheestimatedvalueoftheco