本文關(guān)鍵詞：陽(yáng)離子-π作用對(duì)基于碳納米管的鋰離子電池電壓的影響

  更多相關(guān)文章： 陽(yáng)離子-π作用 鋰離子電池 碳納米管 電池電壓 密度泛函理論

【摘要】：陽(yáng)離子-π作用在分子識(shí)別,酶催化反應(yīng),蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,藥物設(shè)計(jì),生物膜等許多過(guò)程中起著非常重要的作用。這種相互作用廣泛存在于陽(yáng)離子與π電子豐富的碳基材料,如芳香環(huán),碳納米管,石墨烯,富勒烯等。陽(yáng)離子-π相互作用對(duì)這些π電子豐富的材料的性質(zhì)和應(yīng)用有很大的影響,具體表現(xiàn)在表面和界面的電荷行為,潤(rùn)濕行為,離子分布,有機(jī)污染物的吸附和離子的吸附和擴(kuò)散行為。在本世紀(jì)一項(xiàng)主要的挑戰(zhàn)就是如何以一種良好的高倍率充放電性能,高電容量,高能量密度,高循環(huán)壽命的方法來(lái)儲(chǔ)存電能。隨著納米技術(shù)的發(fā)展,特別是在過(guò)去幾十年納米結(jié)構(gòu)制造技術(shù)的發(fā)展,為提高材料儲(chǔ)存能量的性質(zhì)提供了一種新的方法。研究結(jié)果表明,與以石墨烯為碳納米管陽(yáng)極的鋰離子電池相比,以碳納米管為陽(yáng)極的鋰離子電池是未來(lái)最有希望的電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)之一。在基于碳納米管的鋰離子電池中,鋰離子與碳納米管之間主要是陽(yáng)離子-π相互作用。但是,目前人們還不知道這種相互作用對(duì)以碳管為陽(yáng)極的鋰離子電池的影響。在這項(xiàng)研究工作中,我們利用密度泛函理論系統(tǒng)的研究了陽(yáng)離子-π作用對(duì)以碳納米管為陽(yáng)極的鋰離子電池的影響。我們發(fā)現(xiàn)陽(yáng)離子-π相互作用有利于提高鋰離子電池的電壓。當(dāng)我們同時(shí)考慮Li+-π和Li-π相互作用時(shí),鋰離子電池電壓隨著碳納米管半徑的增加而增加。另外,當(dāng)鋰離子吸附在碳納米管外壁時(shí),鋰離子電壓比吸附在內(nèi)壁時(shí)電壓大。這些結(jié)果表明,使用半徑比較大和堆積密度比較小的碳納米管有利于提高鋰離子電池的儲(chǔ)能性能。鋰離子吸附在(10,10)碳納米管管外壁的電壓比鋰離子吸附在(4,4)碳納米管內(nèi)部時(shí)的電壓提高了0.44 V,也即是提高了38%。這表明通過(guò)合理的設(shè)計(jì)我們可以大幅度提高以碳管為基的鋰離子電池的能量密度。
【關(guān)鍵詞】：陽(yáng)離子-π作用 鋰離子電池 碳納米管 電池電壓 密度泛函理論
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O613.71;TM912
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 陽(yáng)離子-π 相互作用簡(jiǎn)介9-10
• 1.2 鋰離子電池簡(jiǎn)介10-16
• 1.2.1 鋰離子電池的工作原理11-12
• 1.2.2 鋰離子電池的工作特點(diǎn)12-14
• 1.2.3 碳納米管作為鋰離子電池陽(yáng)極的優(yōu)缺點(diǎn)14-16
• 1.4 本論文的研究思路及內(nèi)容16-19
• 1.4.1 研究思路16
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容及意義16
• 1.4.3 研究意義16-19
• 第二章 研究方法   第一性原理的密度泛函理論19-27
• 2.1 密度泛函理論的基礎(chǔ)19-22
• 2.1.1 Hohenberg-Kohn定理和Kohn-sham方程19-20
• 2.1.2 交換關(guān)聯(lián)泛函20-22
• 2.1.3 密度泛函理論的擴(kuò)展22
• 2.1.4 密度泛函理論的應(yīng)用22
• 2.2 常用計(jì)算軟件包22-25
• 2.2.1 Gaussian23
• 2.2.2 VASP23
• 2.2.3 Materials Studio23-24
• 2.2.4 SIESTA24
• 2.2.5 WIEN2k24
• 2.2.6 Quantum Espresso24-25
• 2.3 理論計(jì)算方法的選取25-27
• 2.3.1 計(jì)算方法及計(jì)算軟件選取25
• 2.3.2 鋰離子/鋰原子—碳納米管計(jì)算模型簡(jiǎn)介25-27
• 第三章 陽(yáng)離子-π 作用對(duì)基于碳納米管的鋰離子電池電壓的影響27-37
• 3.1 鋰離子和鋰原子在碳納米管表面的吸附27-32
• 3.1.1 鋰離子與鋰原子與碳納米管之間的吸附能27-29
• 3.1.2 鋰離子與鋰原子碳納米管作用的物理機(jī)制29-31
• 3.1.3 鋰離子和鋰原子在最穩(wěn)定吸附位置吸附能的變化31-32
• 3.2 以碳納米管為陽(yáng)極時(shí)鋰離子電池的電壓32-35
• 3.2.1 以碳納米管為陽(yáng)極時(shí)鋰離子電池電極反應(yīng)式32
• 3.2.2 陽(yáng)離子-π 作用對(duì)基于碳納米管的鋰離子電池電壓的影響32-33
• 3.2.3 電池電壓隨碳納米管半徑的變化33-35
• 3.3 本章小結(jié)35-37
• 第四章 總結(jié)與展望37-39
• 4.1 總結(jié)37
• 4.2 展望37-39
• 參考文獻(xiàn)39-41
• 碩士期間發(fā)表的文章41-43
• 致謝43-44

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 ;新型鋰離子電池[J];炭素技術(shù);2002年03期

2 啟明;高容量鋰離子電池負(fù)極[J];金屬功能材料;2003年01期

3 周園 ,韓金鐸;鋰離子電池:機(jī)遇與挑戰(zhàn)共存——參加“鋰離子電池與電動(dòng)車”研討會(huì)有感[J];鹽湖研究;2003年02期

4 侯轉(zhuǎn)丹;鋰離子電池的發(fā)展?fàn)顩r與應(yīng)用[J];山西焦煤科技;2004年07期

5 李洪枚,姜亢;廢舊鋰離子電池對(duì)環(huán)境污染的分析與對(duì)策[J];上海環(huán)境科學(xué);2004年05期

6 于冶夫;鋰離子電池回收與再生產(chǎn)[J];有色金屬再生與利用;2005年04期

7 席國(guó)喜;焦玉字;路邁西;;廢舊鋰離子電池資源化研究現(xiàn)狀[J];再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì);2008年01期

8 ;2009(第四屆)動(dòng)力鋰離子電池技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展國(guó)際論壇[J];新材料產(chǎn)業(yè);2009年06期

9 ;2009(第四屆)動(dòng)力鋰離子電池技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展國(guó)際論壇[J];新材料產(chǎn)業(yè);2009年08期

10 黃學(xué)杰;;車用和儲(chǔ)能鋰離子電池及其關(guān)鍵材料[J];化工新型材料;2010年S1期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 許名飛;郭永興;李新海;吳顯明;;鋰離子電池氣脹問(wèn)題探析[A];第十二屆中國(guó)固態(tài)離子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

2 王宏偉;鄧爽;肖海清;王超;楊宗輝;施亞申;;鋰離子電池誤使用的安全檢測(cè)與分析[A];2011年全國(guó)失效分析學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

3 劉勇;盤毅;謝凱;蘆偉;;鋰離子電池的存儲(chǔ)性能研究[A];第30屆全國(guó)化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

4 張俊乾;;鋰離子電池中的擴(kuò)散應(yīng)力和破壞[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

5 康慨;戴受惠;萬(wàn)玉華;王樹(shù)安;;我國(guó)鋰離子電池的研究與發(fā)展[A];新世紀(jì) 新機(jī)遇 新挑戰(zhàn)——知識(shí)創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（上冊(cè)）[C];2001年

6 張千玉;馬曉華;;二甲苯用作鋰離子電池過(guò)充保護(hù)添加劑的研究[A];第二十八屆全國(guó)化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

7 張千玉;馬曉華;;新型鋰離子電池過(guò)充保護(hù)添加劑的研究[A];第二十八屆全國(guó)化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

8 朱靜;于申軍;陳志奎;何顯能;周永超;李賀;;水分對(duì)鋰離子電池性能的影響研究[A];第二十八屆全國(guó)化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

9 崔少華;楊曉民;;圓型鋰離子電池滲液不良分析[A];自主創(chuàng)新與持續(xù)增長(zhǎng)第十一屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)論文集（2）[C];2009年

10 李琳琳;王斌;吳宇平;T.van Ree;;甲基苯基二-(甲氧二乙基)硅烷用作鋰離子電池功能性添加劑的研究[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第7分冊(cè)）[C];2010年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李壯;新國(guó)標(biāo)9月實(shí)施鋰電池門檻加高[N];中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2005年

2 劉碧瑪;動(dòng)力鋰離子電池要抓住發(fā)展機(jī)遇[N];科技日?qǐng)?bào);2007年

3 記者　陳穎;深圳鋰電產(chǎn)量已占全國(guó)六成[N];深圳特區(qū)報(bào);2006年

4 實(shí)習(xí)記者 徐恒邋記者 諸玲珍;鋰離子電池安全受關(guān)注 新材料研究是熱點(diǎn)[N];中國(guó)電子報(bào);2008年

5 徐恒 諸玲珍;鋰離子電池安全備受關(guān)注[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2008年

6 李燕京;鋰離子電池國(guó)標(biāo)年內(nèi)將出臺(tái)[N];中國(guó)消費(fèi)者報(bào);2008年

7 本報(bào)記者 馮健;動(dòng)力鋰離子電池：安全性制約應(yīng)用[N];中國(guó)電子報(bào);2009年

8 新材料在線首席研究員 李國(guó)強(qiáng);鋰離子電池產(chǎn)業(yè):中日韓三分天下[N];中國(guó)電子報(bào);2004年

9 金信;全國(guó)最大的鋰離子電池生產(chǎn)基地在津建成[N];中國(guó)機(jī)電日?qǐng)?bào);2002年

10 黃新培;業(yè)內(nèi)專家對(duì)生產(chǎn)企業(yè)提出三點(diǎn)建議[N];中國(guó)機(jī)電日?qǐng)?bào);2002年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 劉金龍;鋰離子電池高性能富鋰錳基正極材料的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

2 劉玉榮;錳基混合型金屬氧化物孿生微納結(jié)構(gòu)的制備、形成機(jī)理與儲(chǔ)鋰性能[D];山東大學(xué);2015年

3 易金;鋰離子電池釩基負(fù)極材料的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

4 張千玉;綠色能源材料鈦酸鋰的改性及其回收再利用的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

5 袁慶豐;鋰離子電池硅基復(fù)合負(fù)極材料和電池安全性的研究[D];華南理工大學(xué);2015年

6 明海;高容量或高倍率鋰離子電池材料的合成與相應(yīng)全電池的組裝研究[D];蘇州大學(xué);2015年

7 楊智博;高性能鋰離子電池硅/鍺電極的設(shè)計(jì)與制備[D];蘭州大學(xué);2015年

8 董漢成;衛(wèi)星電源電池健康狀態(tài)診斷方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

9 張濤;廢棄鋰離子電池破碎及富鈷產(chǎn)物浮選的基礎(chǔ)研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2015年

10 張立強(qiáng);鋰離子電池多物理模型參數(shù)辨識(shí)及健康特征提取[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張濤;失效鋰離子電池破碎特性研究[D];華東交通大學(xué);2011年

2 馬宇宏;鋰離子電池?zé)岚踩匝芯縖D];電子科技大學(xué);2013年

3 王會(huì)軍;過(guò)渡金屬氧化物和過(guò)渡金屬硫化物作為鋰離子電池負(fù)極材料的研究[D];西南大學(xué);2015年

4 任婉;鋰離子電池鎳—錳二元正極材料的研究[D];華南理工大學(xué);2015年

5 李娟;鋰離子電池負(fù)極材料Li_4Ti_5O_(12)的制備與研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2012年

6 玄哲文;微納結(jié)構(gòu)MnO_2及CuO的制備及作為鋰離子電池負(fù)極的性能研究[D];云南民族大學(xué);2015年

7 邢程程;原位生長(zhǎng)FeS納米結(jié)構(gòu)薄膜及其在鋰離子電池中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2015年

8 白鋼印;鋰離子電池高電壓正極材料鎳猛酸鋰的合成與改性研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

9 宋贏;鋰離子電池二氧化鈦負(fù)極材料摻雜改性及電化學(xué)行為研究[D];遼寧大學(xué);2015年

10 安平;聚酰亞胺鋰離子電池隔膜的制備及其性能研究[D];陜西科技大學(xué);2015年

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