伴隨著環(huán)境污染與能源匱乏,迫切需要發(fā)展可再生能源及其能量存儲和轉(zhuǎn)換新裝置。超級電容是基于雙電層原理,利用高比表面積電極材料物理靜電吸附離子儲能。相比傳統(tǒng)電池,超級電容有著功率密度高（>10kWkg-1）、充放電速度快（<30s）、循環(huán)壽命長（>105次）和工作溫度窗口寬（-40到85℃）等優(yōu)點。為了提升超級電容儲能性能,電極材料已由傳統(tǒng)活性炭發(fā)展到石墨烯納米材料。新型納米材料在儲能過程中表現(xiàn)出特殊性,如邊緣效應和尺寸效應等。這些納米材料儲能的本質(zhì)是在電子所產(chǎn)生的電場驅(qū)動下離子、原子等載能粒子在納米通道（<2nm）中的動力學傳遞與微觀排布。但是,Goup-Chapman-Stern經(jīng)典雙電層理論在一定程度上無法描述石墨烯超級電容特殊的儲能機理。在納米尺度下,基于連續(xù)流體假設(shè)和納維-斯托克斯方程的有限元方法已不再適用�；陔S機運動的經(jīng)典分子力學只能描述平衡態(tài)性質(zhì),無法描述動力學性質(zhì)。另外,單一尺度的量子力學計算（Density Functional Theory,DFT）和分子動力學模擬（MolecularDynamics Simulations,MD）只能分別描述... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：230 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２?（ａ）雙電層電容和（ｂ）廣電容反應不意圖

１．２．１超級電容工作原理??超級電容主要由電極（包括活性材料和集流體）、電解液和隔膜組成，通過??電極／電解液界面物理吸附或贗電容反應實現(xiàn)儲能，如圖１．１所示。其中，集流體??要求電化學穩(wěn)定好、抗腐蝕且接觸阻抗小等。隔膜主要作用是在儲能過程中允許??離子順暢通過且阻礙電子流通。隔膜應滿足厚度薄、阻抗小和孔隙率高等特點。??＿願??圖１．１超級電容各組成部分示意圖。??如圖１．２所不，按照儲能原理，超級電容可劃分為雙電層電容（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ??Ｄｏｕｂｌｅ－Ｌａｙｅｒ?Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ，?ＥＤＬＣｓ）、贗電容（Ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒｓ）和混合電容器??（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??圖１．２?（ａ）雙電層電容和（ｂ）廣電容反應不意圖。??２??

１．２．１超級電容工作原理??超級電容主要由電極（包括活性材料和集流體）、電解液和隔膜組成，通過??電極／電解液界面物理吸附或贗電容反應實現(xiàn)儲能，如圖１．１所示。其中，集流體??要求電化學穩(wěn)定好、抗腐蝕且接觸阻抗小等。隔膜主要作用是在儲能過程中允許??離子順暢通過且阻礙電子流通。隔膜應滿足厚度薄、阻抗小和孔隙率高等特點。??＿願??圖１．１超級電容各組成部分示意圖。??如圖１．２所不，按照儲能原理，超級電容可劃分為雙電層電容（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ??Ｄｏｕｂｌｅ－Ｌａｙｅｒ?Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ，?ＥＤＬＣｓ）、贗電容（Ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒｓ）和混合電容器??（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??圖１．２?（ａ）雙電層電容和（ｂ）廣電容反應不意圖。??２??

【參考文獻】：
期刊論文
[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)



本文編號：2926661