Применение классического, неэмпирического и машинно-обучаемого моделирования молекулярной динамики к жидким электролитам для перезаряжаемых батарей

Перезаряжаемые батареи стали незаменимой частью повседневной жизни и рассматриваются как перспективная технология для создания устойчивых энергетических систем в будущем. Жидкий электролит является одним из наиболее важных компонентов батареи и имеет критическое значение для стабилизации границ раздела электрод–электролит и создания безопасных батарей с длительным сроком службы. Значительные усилия направлены на разработку новых растворителей, солей, добавок и составов электролитов, при этом моделирование молекулярной динамики (MD) играет все более важную роль в изучении структуры электролитов, физико-химических свойств, таких как ионная проводимость, и механизмов межфазных реакций. В данном обзоре представлен обзор применения методов моделирования молекулярной динамики для изучения жидких электролитов в перезаряжаемых батареях. Сначала обобщаются основы и последние теоретические достижения в трех классах моделирования молекулярной динамики, включая классическое, неэмпирическое и машинно-обучаемое моделирование молекулярной динамики (раздел 2). Далее последовательно рассматривается применение моделирования молекулярной динамики к исследованию жидких электролитов, включая изучение объемной структуры и структуры границ раздела (раздел 3), определение макроскопических свойств, таких как ионная проводимость и диэлектрическая проницаемость электролитов (раздел 4), а также выявление механизмов реакций на границе раздела электрод–электролит (раздел 5). Наконец, представлены общие выводы и содержательная перспектива, охватывающая текущие проблемы и будущие направления применения моделирования молекулярной динамики к жидким электролитам. Особое внимание уделено технологиям машинного обучения как средству решения сложных задач, стоящих перед моделированием молекулярной динамики и исследованием электролитов, а также содействия рациональному проектированию современных электролитов для перезаряжаемых батарей следующего поколения.