Análisis de Clúster como Herramienta para Cuantificar Propiedades de Estructura-Transporte en Simulaciones de Electrolitos Superconcentrados

Utilizando simulaciones de dinámica molecular y análisis de clúster basado en la teoría de grafos, investigamos las propiedades de estructura-transporte de electrolitos típicos de agua en sal. Demostramos que los iones exhiben dinámicas distintas en diferentes clústers iónicos—específicamente, pares de iones separados por disolvente (SSIPs), pares de iones en contacto (CIPs) y agregados (AGGs). Evaluamos las proporciones promedio de varias especies iónicas y sus tiempos de vida. Nuestro método revela un desacoplamiento dinámico de la cinética iónica, con cada especie contribuyendo de forma independiente al movimiento molecular total. Esto se evidencia en el hecho de que la función de autocorrelación de velocidad total (VACF) y el espectro de potencia pueden expresarse como una suma ponderada de funciones independientes para cada especie. Los datos experimentales sobre la conductividad iónica de los electrolitos de LiTFSI estudiados se alinean bien con nuestras predicciones teóricas a diversas concentraciones, basadas en las proporciones y coeficientes de difusión de iones libres derivados de nuestro análisis. Los conocimientos adquiridos sobre las estructuras de solvatación y dinámicas de diferentes especies iónicas nos permiten elucidar los mecanismos físicos que impulsan el transporte de iones en tales electrolitos superconcentrados, proporcionando un marco integral para el futuro diseño y optimización de electrolitos.