연구팀은 이온의 존재 하에서 물 분자의 거동을 조사하기 위해 밀도 기능 이론 (DFT) 계산을 사용했다. DFT는 재료 및 분자의 전자 구조를 시뮬레이션하기위한 강력한 도구입니다. 이 팀은 리튬 이온의 용 매화 (Li+)와 리튬-산소 (Li-O) 표면과의 물 분자의 상호 작용의 두 가지 특정 시스템에 중점을 두었습니다.
Li+ 용 매화의 경우, DFT 계산은 물 분자가 리튬 이온 주위에 고도로 정렬 된 수화 쉘을 형성한다는 것을 보여 주었다. 이 순서 구조는 양으로 하전 된 리튬 이온과 물 분자의 음으로 하전 된 산소 원자 사이의 강한 정전기 상호 작용으로부터 발생한다. 수화 쉘은 용액의 다른 이온 또는 분자와 상호 작용하는 것을 효과적으로 보호하며, 이는 이온을 안정화시키고 전기 화학 반응에서의 수송을 촉진하는 데 중요합니다.
또한, 연구자들은 리튬 이온 배터리의 전극 표면을 나타내는 Li-O 표면과의 물 분자와 Li-O 표면의 상호 작용을 조사했습니다. DFT 계산은 물 분자가 표면의 산소 원자와 강한 수소 결합을 형성하여 전극으로부터 리튬 이온의 이동을 효과적으로 차단하는 물 네트워크를 생성한다는 것을 보여 주었다. 이 차단 효과는 전극 표면의 유산화 및 시간이 지남에 따라 배터리 성능의 감소를 담당합니다.
전반적으로, 연구팀이 개발 한 이론적 프레임 워크는 이온과 관련된 재료 합성 및 제조 공정에서 물 분자의 역할에 대한 포괄적 인 이해를 제공합니다. 이 결과는 전기 화학 반응 및 배터리 시스템의 합리적인 설계 및 최적화에 기여하여보다 효율적이고 내구성있는 재료와 장치를 가능하게합니다.
