近期，物理學院計算凝聚態(tài)物理組在氯離子電池研究方面取得新進展，相關(guān)研究工作“Inverse Design and High-throughput Screening of TM-A (TM: transition metal; A: O, S, Se) Cathodes for Chloride-Ion Batteries”發(fā)表在國際儲能材料領(lǐng)域著名刊物《Energy Storage Materials》（IF =17.79, 2022, 51, 80-87），2020級碩士生吳夢琪為論文第一作者，青年教師連如乾博士為通訊作者。

氯離子電池（CIB）具有優(yōu)秀的儲能特性。近年來，過渡金屬氯氧化合物(TMOCl)由于其層狀結(jié)構(gòu)和在有機電解質(zhì)中的高穩(wěn)定性,成為CIB正極中最具吸引力的材料之一。但在放電過程中，低Cl含量下的TMOCl會發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)，從而對CIB的循環(huán)性能和能量密度產(chǎn)生不利影響。為了消除轉(zhuǎn)化反應(yīng)，作者提出了通過高通量篩選結(jié)合逆向設(shè)計的方法在過渡金屬氧族化合物中探索新型CIB正極材料。基于動態(tài)穩(wěn)定性、熱力學穩(wěn)定性和Cl^-結(jié)合能力等綜合評估，最終篩選出的FeSe具有拓撲穩(wěn)定的Fe-Se框架，能夠完全避免低氯離子濃度下正極的分解和重構(gòu)行為。計算結(jié)果顯示在循環(huán)過程中，連續(xù)的Cl^-插層反應(yīng)保證了接近3.2 V的平穩(wěn)電壓平臺。由于FeSeCl的3d-4p軌道雜化的增強，FeSe的金屬性質(zhì)在FeSeCl相中得以保持。從動力學性質(zhì)上看，F(xiàn)eSe和FeSeCl中Cl^-遷移能壘較小，分別為0.13 eV和0.28 eV。該工作為陰離子電池體系的電極材料開發(fā)設(shè)計提供了重要理論探索方案。

物理學院計算凝聚態(tài)物理組由我校引進人才石興強教授于2020年牽頭組建。自組建以來，已經(jīng)以河北大學為第一單位在Phys. Rev. B、Phys. Rev. Mater.、Energy Storage Mater.等凝聚態(tài)物理或材料物理類著名期刊發(fā)表高水平學術(shù)論文近10篇，對物理一級學科博士點起到了重要支撐作用。

以上工作得到了河北大學高層次引進人才項目的資助和支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.06.030

（物理學院、科學技術(shù)處供稿）