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Xinrong Lin
Author with expertise in Lithium-ion Battery Technology
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In Situ Hybrid Si/F Polymeric Network Electrolyte with Dual Interfacial Stability for High‐Voltage Lithium Metal Batteries

Xianghe Ma et al.Jul 11, 2024
Abstract High‐voltage lithium‐metal batteries (LMBs) are promising for energy storage applications but suffer from poor electrochemical window of solid polymer electrolytes (SPEs), which are difficult to achieve via a single polymeric functionality. Herein, a hybrid Si/F‐based polymeric 3D network is reported bearing polysiloxane backbone with fluorinated pendants to tune the highest occupied molecular orbital (HOMO)/the lowest unoccupied molecular orbital LUMO energies, thermodynamically expanding intrinsic electrochemical window of solid polymer electrolyte (SPE). Meanwhile, the hybrid Si/F functionalities with high fluorine abundance is identified to furnish dual interfacial kinetic stability at both anode and cathode interfaces with stabilized solid electrolyte interface (SEI) and cathode electrolyte interface (CEI), respectively. As a result, stable cycling in solid‐state high‐voltage LMBs is achieved up to an ultrahigh operating voltage of 4.9 V. Furthermore, it shows that in situ blending the Si/F SPE with eutectic electrolytes (EE) to form a non‐flammable gel polymer electrolyte can mitigate parasitic reactions of EE against metallic Li anode and achieve highly reversible charge–discharge cycling from 4.2 to 4.8 V at 25 °C.
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Protein Structure Refinement Guided by Atomic Packing Frustration Analysis

Mingchen Chen et al.Jul 20, 2020
1 Abstract Recent advances in machine learning, bioinformatics and the understanding of the folding problem have enabled efficient predictions of protein structures with moderate accuracy, even for targets when there is little information from templates. All-atom molecular dynamics simulations provide a route to refine such predicted structures, but unguided atomistic simulations, even when lengthy in time, often fail to eliminate incorrect structural features that would allow the structure to become more energetically favorable owing to the necessity of making large scale motions and overcoming energy barriers for side chain repacking. In this study, we show that localizing packing frustration at atomic resolution by examining the statistics of the energetic changes that occur when the local environment of a site is changed allows one to identify the most likely locations of incorrect contacts. The global statistics of atomic resolution frustration in structures that have been predicted using various algorithms provide strong indicators of structural quality when tested over a database of 20 targets from previous CASP experiments. Residues that are more correctly located turn out to be more minimally frustrated than more poorly positioned sites. These observations provide a diagnosis of both global and local quality of predicted structures, and thus can be used as guidance in all-atom refinement simulations of the 20 targets. Refinement simulations guided by atomic packing frustration turn out to be quite efficient and significantly improve the quality of the structures.
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Reactive Solid Polymer Layer: From a Single Fluoropolymer to Divergent Fluorinated Interface

Mingyu Ma et al.Jun 19, 2024
Controlling the structure and chemistry of solid electrolyte interphase (SEI) underpins the stability of electrolyte‐electrode interface, and is crucial for advancing rechargeable lithium metal batteries (LMBs). Here, we utilized photo‐controlled copolymerization to achieve the on‐demand synthesis of fluorosulfonyl fluoropolymers as unprecedented artificial SEI layers on Li metal anodes. This work not only enables instant formation of a hybrid polymer‐inorganic interphase that consists of a polymer‐enriched top layer and a LiF‐fortified bottom layer, originating from a single polymeric component, but also imparts various desirable physical properties (e.g., good mechanical strength and flexibility, high ion conductivity, low overpotential) to SEI via a single‐to‐divergent strategy. Model reactions and structural characterizations supported the formation of a divergent fluorinated interphase, which furnished prolonged stabilization of Li deposition, high coulombic efficiency and improved cycling behavior in electrochemical experiments. This work highlights the great potential of exploring reactive polymers as versatile coatings to stabilize Li metal anodes, providing a promising avenue to solve electrode‐electrolyte interfacial problems for LMBs.