分子动力学模拟助力内蒙古大学科研团队揭示锌负极电化学性能提升机理

一、案例背景

内蒙古大学某科研团队在锌离子电池研究中，发现聚丙烯腈(PAN)/二甲基亚砜(DMSO)/氯化锌/碘化钾半液态保护层可显著提升锌负极的电化学性能。然而，其微观机理尚不明确，尤其是保护层对电解液溶剂化结构的影响及锌离子输运机制。为深入探究，团队委托清析技术研究院进行分子动力学模拟计算。

二、检测需求与痛点

客户需要模拟半液态保护层对1M Zn(OTf)₃+H₂O基础电解液溶剂化结构的影响，获得2D盒子图、径向分布函数、配位数及锌离子扩散能垒等关键数据。由于分子动力学模拟涉及复杂建模和计算，客户缺乏相关软件与经验，且需确保结果与实验数据吻合，因此选择具有专业计算能力的第三方机构。

三、解决方案

清析技术研究院工程师采用Materials Studio软件包，利用非晶电池模块构建复合材料三维周期结构，并应用蒙特卡罗算法生成随机形态。通过Forcite模块进行几何优化和动态模拟：先进行500ps NPT模拟平衡密度，再进行10000ps NVT模拟，采用COMPASSII力场、nose温度控制，时间步长1fs，每5000步输出一帧。基于动力学结果，选取反应物和产物结构在B3LYP/6-31G(d)级别进行几何优化，并利用高斯opt=ts模块搜索过渡态，结合DFT-D3(BJ)色散矫正计算吉布斯自由能，最终获得去溶剂化能垒。

四、检测结果与分析

模拟结果显示，改性负极表面电解液的径向分布函数和配位数与空白组存在显著差异，表明半液态保护层改变了锌离子的溶剂化结构。MSD分析表明改性组扩散系数高于空白组，说明保护层促进了锌离子扩散。去溶剂化能垒计算显示，改性锌负极表面催化能垒更低，水合锌离子脱溶剂化更易进行，从而提升电化学性能。

五、客户价值与反馈

本次模拟结果准确揭示了半液态保护层提升锌负极性能的微观机理，为客户发表高水平论文提供了关键数据支持。客户反馈数据符合预期，计算周期与承诺一致，保证了发稿及时性。工程师耐心及时地处理需求，获得客户专业性认可。

六、为什么选择清析技术研究院

• CMA/CNAS双资质，报告全国通用

• 全国主要城市29个分院，支持就近送检

• 工程师1对1服务，全程跟进检测进度

• 常规检测5-10个工作日，加急最快3天

七、常见问题（FAQ）

Q1：分子动力学模拟需要提供哪些材料信息？

A：通常需要提供材料组分、浓度、温度、压力等条件，以及目标性质（如扩散系数、径向分布函数等）。对于复杂体系，可能还需要提供初始结构文件或实验数据用于模型验证。工程师会与客户沟通，确保建模准确。

Q2：模拟周期和费用如何？

A：模拟周期取决于体系规模和计算复杂度，一般3-10个工作日。费用根据计算量和软件许可成本而定，具体需评估后报价。清析提供免费技术咨询，确保方案合理。

Q3：模拟报告有哪些内容？

A：报告包含建模说明、计算参数、结果图表（如盒子图、径向分布函数、能垒图）及分析结论。报告可用于论文支撑或研发参考，但不具备CMA/CNAS资质认可，因为模拟计算非检测项目。

Q4：如何选择合适的模拟计算机构？

A：应选择具有专业计算团队、丰富案例经验、软件正版授权的机构。清析技术研究院拥有资深工程师，可提供从建模到分析的全程服务，确保结果可靠。

发布时间：2026年08月