Везде

ОХНММембраны и мембранные технологии Membranes and Membrane Technologies

  • ISSN (Print) 2218-1172
  • ISSN (Online) 2218-1180

Оценка ионной проводимости полиэлектролита с помощью метода молекулярной динамики

Вы можете
Код статьи
S2218118025010051-1
DOI
10.7868/S2218118025010051
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Ошеров П. М.
  • Аффилиация: Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН
Том/ Выпуск
Том 15 / Номер выпуска 1
Страницы
63-75
Аннотация
В данной работе описана процедура разработки протокола теоретической оценки ионной проводимости двух полиэлектролитных систем, состоящих из олигомеров, имитирующих литиевую форму мембраны Нафион-115, пластифицированную в одном случае диметилсульфоксидом, в другом – пропиленкарбонатом. Модельные системы для теоретических расчетов были построены в соответствии со значениями степени набухания мембраны в указанных растворителях, определенными экспериментально. Протокол для молекулярно-динамических симуляций подобран с учетом особенностей строения и физико-химических свойств компонентов исследуемых систем. Анализ траекторий молекулярно-динамических симуляций включал оценку функций радиального распределения и коэффициентов самодиффузии. Для расчета ионной проводимости был использован авторский код, написанный на языке Python. Результаты теоретических расчетов находятся в согласии с экспериментальными данными. Предложенный в работе подход моделирования может быть использован для относительно быстрой оценки ионной проводимости в схожих электролитных системах в близком температурном интервале до границы фазового перехода. Дополнительные материалы доступны в электронном виде по DOI статьи: 10.31857/S2218117225010051
Ключевые слова
литий-ионные аккумуляторы молекулярно-динамическое моделирование литиевые мембраны Нафион ионная проводимость полимерный электролит с органическим растворителем
Дата публикации
29.12.2025
Год выхода
2025
Всего подписок
0
Всего просмотров
66

Библиография

  1. 1. Yoo H.D., Markevich E., Salitra G., Sharon D., Aurbach D. // Mater. Today. 2014. V. 17. P. 110. DOI: 10.1016/j.mattod.2014.02.014
  2. 2. Ding Y., Cano Z.P., Yu A., Lu J., Chen Z. // Electrochem. Energy Rev. 2019. V. 2. P. 1. DOI: 10.1007/s41918-018-0022-z
  3. 3. Yoon J.H., Cho W.-J., Kang T.H., Lee M., Yi G.-R. // Macromol. Res. 2021. V. 29. P. 509. DOI: 10.1007/s13233-021-9073-9
  4. 4. Kinlen P.J., Heider J.E., Hubbard D.E. // Sensors Actuators B Chem. 1994. V. 22. P. 13. DOI: 10.1016/0925-4005(94)01254-7
  5. 5. Luo Q., Zhang H., Chen J., Qian P., Zhai Y. // J. Memb. Sci. 2008. V. 311. P. 98. DOI: 10.1016/j.memsci.2007.11.055
  6. 6. Xi J., Wu Z., Qiu X., Chen L. // J. Power Sources. 2007. V. 166. P. 531. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2007.01.069
  7. 7. Kusoglu A., Weber A.Z. // Chem. Rev. 2017. V. 117. P. 987. DOI: 10.1021/acs.chemrev.6b00159
  8. 8. Sanginov E.A., Borisevich S.S., Kayumov R.R., Istomina A.S., Evshchik E.Y., Reznitskikh O.G., Yaroslavtseva T.V., Melnikova T.I., Dobrovolsky Y.A., Bushkova O.V. // Electrochim. Acta. 2021. V. 373. P. 137914. DOI: 10.1016/j.electacta.2021.137914
  9. 9. Yang L., Zeng J., Ding B., Xu C., Lee J.Y. // Adv. Mater. Interfaces. 2016. V. 3. P. 1600660. DOI: 10.1002/admi.201600660
  10. 10. Sanginov E.A., Evshchik E.Y., Kayumov R.R., Dobrovol’skii Y.A. // Russ. J. Electrochem. 2015. V. 51. P. 986. DOI: 10.1134/S1023193515100122
  11. 11. Sanginov E.A., Kayumov R.R., Shmygleva L.V., Lesnichaya V.A., Karelin A.I., Dobrovolsky Y.A. // Solid State Ionics. 2017. V. 300. P. 26. DOI: 10.1016/j.ssi.2016.11.017
  12. 12. Doyle M., Lewittes M.E., Roelofs M.G., Perusich S.A., Lowrey R.E. // J. Memb. Sci. 2001. V. 184. P. 257. DOI: 10.1016/S0376-7388(00)00642-6
  13. 13. Cui S., Liu J., Selvan M.E., Keffer D.J., Edwards B.J., Steele W.V. // J. Phys. Chem. B. 2007. V. 111. P. 2208. DOI: 10.1021/jp066388n
  14. 14. Zhou X., Chen Z., Delgado F., Brenner D., Srivastava R. // J. Electrochem. Soc. 2007. V. 154. P. B82. DOI: 10.1149/1.2388735
  15. 15. Vishnyakov A., Neimark A.V. // J. Phys. Chem. B. 2001. V. 105. P. 9586. DOI: 10.1021/jp0102567
  16. 16. Ohkubo T., Kidena K., Takimoto N., Ohira A. // J. Mol. Model. 2011. V. 17. P. 739. DOI: 10.1007/s00894-010-0767-8
  17. 17. Ohkubo T., Kidena K., Takimoto N., Ohira A. // J. Mol. Model. 2012. V. 18. P. 533. DOI: 10.1007/s00894-011-1091-7
  18. 18. Sun H., Yu M., Li Z., Almheiri S. // J. Chem. 2015. V. 2015. P. 169680. DOI: 10.1155/2015/169680
  19. 19. Jang S.S., Molinero V., Çaǧın T., Goddard W.A. // J. Phys. Chem. B. 2004. V. 108. P. 3149. DOI: 10.1021/jp036842c
  20. 20. Tse Y.-L.S., Herring A.M., Kim K., Voth G.A. // J. Phys. Chem. C. 2013. V. 117. P. 8079. DOI: 10.1021/jp400693g
  21. 21. Burlatsky S., Darling R.M., Novikov D., Atrazhev V.V., Sultanov V.I., Astakhova T.Y., Su L., Brushett F. // J. Electrochem. Soc. 2016. V. 163. P. A2232. DOI: 10.1149/2.0461610jes
  22. 22. Fong K.D., Self J., Diederichsen K.M., Wood B.M., McCloskey B.D., Persson K.A. // ACS Cent. Sci. 2019. V. 5. P. 1250. DOI: 10.1021/acscentsci.9b00406
  23. 23. Fong K.D., Self J., McCloskey B.D., Persson K.A. // Macromolecules. 2021. V. 54. P. 2575. DOI: 10.1021/acs.macromol.0c02545
  24. 24. Schrödinger Release 2021-2: Maestro, Schrödinger, LLC, New York, NY, 2021.
  25. 25. Kayumov R.R., Shmygleva L.V., Evshchik E.Y., Sanginov E.A., Popov N.A., Bushkova O.V., Dobrovolsky Y.A. // Russ. J. Electrochem. 2021. V. 57. P. 911. DOI: 10.1134/S1023193521060045
  26. 26. Banks J.L., Beard H.S., Cao Y., Cho A.E., Damm W., Farid R., Felts A.K., Halgren T.A., Mainz D.T., Maple J.R., Murphy R., Philipp D.M., Repasky M.P., Zhang L.Y., Berne B.J., Friesner R.A., Gallicchio E., Levy R.M. // J. Comput. Chem. 2005. V. 26. P. 1752. DOI: 10.1002/jcc.20292
  27. 27. Leontyev I., Stuchebrukhov A. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2011. V. 13. P. 2613. DOI: 10.1039/c0cp01971b
  28. 28. Blazquez S., Abascal J.L.F., Lagerweij J., Habibi P., Dey P., Vlugt T.J.H., Moultos O.A., Vega C. // J. Chem. Theory Comput. 2023. V. 19. P. 5380. DOI: 10.1021/acs.jctc.3c00562 DOI K., Chikasako Y., Kawano S. // Fluid Dyn. Mater. Process. 2015. V. 11. DOI: 10.3970/fdmp.2015.011.001
  29. 29. Brandell D. // Polymer Electrolytes. Molecular dynamics simulations of Li ion and H-conduction in polymer electrolytes. Elsevier, 2010. P. 314–339. DOI 10.1533/9781845699772.1.314
  30. 30. Raabe G. // Molecular Simulation Studies on Thermophysical Properties: With Application to Working Fluids. Maginn E., ed. Springer Singapore. Singapore, 2017.
  31. 31. Shim Y. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2018. V. 20. P. 28649. DOI: 10.1039/c8cp05190a
  32. 32. Rapaport D.C. // The Art of Molecular Dynamics Simulation. Cambridge University Press, 2004. DOI: 10.1017/CBO9780511816581
  33. 33. Maginn E.J., Messerly R.A., Carlson D.J., Roe D.R., Elliot J.R. // Living J. Comput. Mol. Sci. 2018. V. 1. P. 6324 DOI: 10.33011/livecoms.1.1.6324
  34. 34. Liu H., Maginn E. // J. Chem. Phys. 2011. V. 135. P. 124507
  35. 35. DOI: 10.1063/1.3643124
  36. 36. Kumar G., Kartha T.R., Mallik B.S. // J. Phys. Chem. C. 2018. V. 122. P. 26315. DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b06581
  37. 37. Sarangi S.S., Zhao W., Müller-Plathe F., Balasubramanian S. // ChemPhysChem. 2010. V. 11. P. 2001. DOI: 10.1002/cphc.201000111
  38. 38. France-Lanord A., Grossman J.C. // Phys. Rev. Lett. 2019. V. 122. P. 136001. DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.136001
  39. 39. Del Pópolo M.G., Voth G.A. // J. Phys. Chem. B. 2004. V. 108. P. 1744. DOI: 10.1021/jp0364699
  40. 40. Kowsari M.H., Alavi S., Najafi B., Gholizadeh K., Dehghanpisheh E., Ranjbar F. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2011. V. 13. P. 8826. DOI: 10.1039/c0cp02581j https://github.com/OsherovPM/msd_E_for_ionic_conductivity
  41. 41. Gebremichael Y., Schrøder T.B., Starr F.W., Glotzer S.C. // Phys. Rev. E. 2001. V. 64. P. 051503. DOI: 10.1103/PhysRevE.64.051503
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека