石墨烯超级电容储能纳米尺度数值模拟及定向实验调控
发布时间：2020-12-19 22:11
伴随着环境污染与能源匮乏,迫切需要发展可再生能源及其能量存储和转换新装置。超级电容是基于双电层原理,利用高比表面积电极材料物理静电吸附离子储能。相比传统电池,超级电容有着功率密度高（>10kWkg-1）、充放电速度快（<30s）、循环寿命长（>105次）和工作温度窗口宽（-40到85℃）等优点。为了提升超级电容储能性能,电极材料已由传统活性炭发展到石墨烯纳米材料。新型纳米材料在储能过程中表现出特殊性,如边缘效应和尺寸效应等。这些纳米材料储能的本质是在电子所产生的电场驱动下离子、原子等载能粒子在纳米通道（<2nm）中的动力学传递与微观排布。但是,Goup-Chapman-Stern经典双电层理论在一定程度上无法描述石墨烯超级电容特殊的储能机理。在纳米尺度下,基于连续流体假设和纳维-斯托克斯方程的有限元方法已不再适用。基于随机运动的经典分子力学只能描述平衡态性质,无法描述动力学性质。另外,单一尺度的量子力学计算（Density Functional Theory,DFT）和分子动力学模拟（MolecularDynamics Simulations,MD）只能分别描述...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：230 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?（ａ）双电层电容和（ｂ）廣电容反应不意图
１．２．１超级电容工作原理??超级电容主要由电极（包括活性材料和集流体）、电解液和隔膜组成，通过??电极／电解液界面物理吸附或赝电容反应实现储能，如图１．１所示。其中，集流体??要求电化学稳定好、抗腐蚀且接触阻抗小等。隔膜主要作用是在储能过程中允许??离子顺畅通过且阻碍电子流通。隔膜应满足厚度薄、阻抗小和孔隙率高等特点。??＿願??图１．１超级电容各组成部分示意图。??如图１．２所不，按照储能原理，超级电容可划分为双电层电容（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ??Ｄｏｕｂｌｅ－Ｌａｙｅｒ?Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ，?ＥＤＬＣｓ）、赝电容（Ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒｓ）和混合电容器??（Ｈｙｂｒｉｄ－ｃａｐａｃｉｔｏｒ）?〇??⑷?ｍ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?（ｂ）?＾?：?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ??魯―ｄ?１?＞??３?ｉ〇ｎ?？?ｔ?ＭＯ＾ｘＨ＋＋ｘｅ－??Ｉ?０?！?〇；?Ｕ??Ｉ?ｃ?ｉ?ｓ?二??娜．１?１???Ｈ?￣ｆｌ．６?ｔｏ?１?ｎｍ?—ｊ?￣ｎｍ?ｔｏ?，ｉｍ－ｔｈｉｃｋ??图１．２?（ａ）双电层电容和（ｂ）廣电容反应不意图。??２??
１．２．１超级电容工作原理??超级电容主要由电极（包括活性材料和集流体）、电解液和隔膜组成，通过??电极／电解液界面物理吸附或赝电容反应实现储能，如图１．１所示。其中，集流体??要求电化学稳定好、抗腐蚀且接触阻抗小等。隔膜主要作用是在储能过程中允许??离子顺畅通过且阻碍电子流通。隔膜应满足厚度薄、阻抗小和孔隙率高等特点。??＿願??图１．１超级电容各组成部分示意图。??如图１．２所不，按照储能原理，超级电容可划分为双电层电容（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ??Ｄｏｕｂｌｅ－Ｌａｙｅｒ?Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ，?ＥＤＬＣｓ）、赝电容（Ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒｓ）和混合电容器??（Ｈｙｂｒｉｄ－ｃａｐａｃｉｔｏｒ）?〇??⑷?ｍ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?（ｂ）?＾?：?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ??魯―ｄ?１?＞??３?ｉ〇ｎ?？?ｔ?ＭＯ＾ｘＨ＋＋ｘｅ－??Ｉ?０?！?〇；?Ｕ??Ｉ?ｃ?ｉ?ｓ?二??娜．１?１???Ｈ?￣ｆｌ．６?ｔｏ?１?ｎｍ?—ｊ?￣ｎｍ?ｔｏ?，ｉｍ－ｔｈｉｃｋ??图１．２?（ａ）双电层电容和（ｂ）廣电容反应不意图。??２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Design of Supercapacitor Electrodes Using Molecular Dynamics Simulations[J]. Zheng Bo,Changwen Li,Huachao Yang,Kostya Ostrikov,Jianhua Yan,Kefa Cen. Nano-Micro Letters. 2018(02)
[2]Multilayered graphene membrane as an experimental platform to probe nano-confined electrosorption[J]. Chi Cheng,Julia Uhe,Xiaowei Yang,Yanzhe Wu,Dan Li. Progress in Natural Science:Materials International. 2012(06)
本文编号：2926661
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：230 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?（ａ）双电层电容和（ｂ）廣电容反应不意图
１．２．１超级电容工作原理??超级电容主要由电极（包括活性材料和集流体）、电解液和隔膜组成，通过??电极／电解液界面物理吸附或赝电容反应实现储能，如图１．１所示。其中，集流体??要求电化学稳定好、抗腐蚀且接触阻抗小等。隔膜主要作用是在储能过程中允许??离子顺畅通过且阻碍电子流通。隔膜应满足厚度薄、阻抗小和孔隙率高等特点。??＿願??图１．１超级电容各组成部分示意图。??如图１．２所不，按照储能原理，超级电容可划分为双电层电容（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ??Ｄｏｕｂｌｅ－Ｌａｙｅｒ?Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ，?ＥＤＬＣｓ）、赝电容（Ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒｓ）和混合电容器??（Ｈｙｂｒｉｄ－ｃａｐａｃｉｔｏｒ）?〇??⑷?ｍ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?（ｂ）?＾?：?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ??魯―ｄ?１?＞??３?ｉ〇ｎ?？?ｔ?ＭＯ＾ｘＨ＋＋ｘｅ－??Ｉ?０?！?〇；?Ｕ??Ｉ?ｃ?ｉ?ｓ?二??娜．１?１???Ｈ?￣ｆｌ．６?ｔｏ?１?ｎｍ?—ｊ?￣ｎｍ?ｔｏ?，ｉｍ－ｔｈｉｃｋ??图１．２?（ａ）双电层电容和（ｂ）廣电容反应不意图。??２??
１．２．１超级电容工作原理??超级电容主要由电极（包括活性材料和集流体）、电解液和隔膜组成，通过??电极／电解液界面物理吸附或赝电容反应实现储能，如图１．１所示。其中，集流体??要求电化学稳定好、抗腐蚀且接触阻抗小等。隔膜主要作用是在储能过程中允许??离子顺畅通过且阻碍电子流通。隔膜应满足厚度薄、阻抗小和孔隙率高等特点。??＿願??图１．１超级电容各组成部分示意图。??如图１．２所不，按照储能原理，超级电容可划分为双电层电容（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ??Ｄｏｕｂｌｅ－Ｌａｙｅｒ?Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ，?ＥＤＬＣｓ）、赝电容（Ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒｓ）和混合电容器??（Ｈｙｂｒｉｄ－ｃａｐａｃｉｔｏｒ）?〇??⑷?ｍ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?（ｂ）?＾?：?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ??魯―ｄ?１?＞??３?ｉ〇ｎ?？?ｔ?ＭＯ＾ｘＨ＋＋ｘｅ－??Ｉ?０?！?〇；?Ｕ??Ｉ?ｃ?ｉ?ｓ?二??娜．１?１???Ｈ?￣ｆｌ．６?ｔｏ?１?ｎｍ?—ｊ?￣ｎｍ?ｔｏ?，ｉｍ－ｔｈｉｃｋ??图１．２?（ａ）双电层电容和（ｂ）廣电容反应不意图。??２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Design of Supercapacitor Electrodes Using Molecular Dynamics Simulations[J]. Zheng Bo,Changwen Li,Huachao Yang,Kostya Ostrikov,Jianhua Yan,Kefa Cen. Nano-Micro Letters. 2018(02)
[2]Multilayered graphene membrane as an experimental platform to probe nano-confined electrosorption[J]. Chi Cheng,Julia Uhe,Xiaowei Yang,Yanzhe Wu,Dan Li. Progress in Natural Science:Materials International. 2012(06)
本文编号：2926661
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/2926661.html
