理论化学研究碳纳米管集流体在钠/锂金属负极的应用

发布时间：2023-04-22 11:21

　　为了满足人们对能源的需求,新能源储存装置已经成为科技发展的焦点。目前,高性能的Na/Li离子电池的研究和开发是当前新能源领域的研究热点,其中Na/Li金属负极由于具有超高理论比容量、低化学电势而受到了科学界的广泛关注。但是,由Na/Li枝晶生长(Na/Li晶核沿某些晶向生长较快,导致形成具有树枝状的晶体,简称枝晶)引发的电池安全问题一直是金属Na/Li负极在实际应用中的主要挑战。为了设计高性能及安全可靠的钠金属负极,以用于可充电钠金属电池,当前我们需要充分了解钠金属电镀过程中金属钠枝晶的生长机制。为此,我们采用密度泛函理论(DFT),来深入探讨常见集流体(汇集电流的结构或零件,例如Cu、Al和单壁碳纳米管SWCNT)上与钠枝晶形成有关的基本因素。同时,在该基础上,我们还研究了SWCNT上含氧官能团对Na以及Li枝晶形成的影响。主要结论如下:(1)我们研究了钠原子在SWCNT表面、Cu(111)表面和Al(111)表面上的吸附行为及该过程中的电子转移机制,并比较了钠二聚体的稳定性。此外还对Cu、Al和SWCNT的“亲钠”性能和电子构型进行评估。对于单个钠原子的吸附,SWCNT、Cu和Al...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂离子电池简述
        1.2.1 锂离子电池组成及工作原理
        1.2.2 锂离子电池负极材料
    1.3 钠离子电池简述
        1.3.1 钠离子电池的组成及工作原理
        1.3.2 钠离子电池负极材料
    1.4 金属锂负极研究进展
        1.4.1 锂枝晶形成和生长机理的研究
        1.4.2 抑制锂枝晶生长的方法
    1.5 金属钠负极研究进展
        1.5.1 钠枝晶形成和生长机理的研究
        1.5.2 抑制钠枝晶生长的方法
    1.6 碳纳米管简述
        1.6.1 碳纳米管的结构及性质
        1.6.2 碳纳米管的应用
    1.7 本文的主要研究内容
第二章 理论基础与计算方法
    2.1 引言
    2.2 薛定谔方程及其近似求解
        2.2.1 薛定谔方程
        2.2.2 Born-Oppenheimer近似和Hartree-Fock近似
    2.3 密度泛函理论
        2.3.1 局域密度近似(LDA)
        2.3.2 广义梯度近似(GGA)
        2.3.3 杂化密度泛函
第三章 从原子尺度上论证不同集流体上影响钠枝晶生长的因素
    3.1 引言
    3.2 计算方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 “亲钠性”
        3.3.2 钠二聚体的稳定性
        3.3.3 空位缺陷的影响
    3.4 本章小结
第四章 SWCNT上的含氧官能团对钠/锂枝晶形成的影响
    4.1 引言
    4.2 计算方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 对钠枝晶的影响
        4.3.2 对锂枝晶的影响
    4.4 本章小结
总结
    5.1 主要结论
    5.2 本论文的创新点
    5.3 展望与不足
参考文献
攻读学位期间发表的论文
致谢



本文编号：3797538