鎂離子電池 2+ 的強烈極化和緩慢的擴散動力學嚴重阻礙了MIBs的性能。為了解決這些問題，已經提出了許多基于第一性原理計算的研究方案。 在此，吉林大學魏英進教授、連如乾 等人綜述了對MIB的正極、負極和電解液材料獨特基本理解的第一性原理計算和建模進展，對其熱力學性質、電子結構及與電化學性質相關的動力學性能進行了全面討論。 DFT計算可以研究MIB的許多重要特性，特別是通過模擬Mg2+ 與電極之間的相互作用等性質可以預測和分析電化學性能及其反應機理，加速了新型電池材料的發展。Mg2+ 具有比Li+ 更高的電荷密度，這就要求材料具有更好的電子效應以保證Mg2+ 插層過程中電子的快速重新分布。 另一方面，考慮到Mg2+ 的緩慢遷移，需要合理設計正極材料以提高Mg2+ 的擴散效率。此外，防止電極/電解液界面發生不必要的化學反應對于長期循環穩定性是必要的。同時，電極與電解液之間的界面穩定性也應提高。
圖1. 尖晶石AB2 O4 中Mg2+ 遷移路徑的DFT計算 （ 1）隨著計算機性能的不斷提高，基于大量候選材料的高通量計算研究越來越流行，催生了一些專門針對電池材料的方法和數據庫，如固體電解質的高通量篩選平臺，主要由材料數據庫、離子傳輸計算、電子結構計算和機器學習四個模塊組成。 （2）一些重要的機制值得 研究。 為了提高電池的電化學性能，調節陽離子和陰離子組合的氧化還原化學有可能為開發更高工作電壓的正極材料提供可行的方法。 （3）應進一步優化和改性Mg負極以減少或消除鈍化膜，促進Mg 2+ 的快速傳輸。 通過基于第一性原理計算的電極材料晶體/電子結構的合理設計和電極/電解液界面的優化，最終將加速高容量、長循環壽命、高安全性的高性能MIBs的構建。
Understanding Rechargeable Magnesium Ion Batteries via First-Principles Computations: A Comprehensive Review, Energy Storage Materials
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