双电层内离子液体的微观结构及其对电容性能影响的模拟研究
随着社会经济的快速发展，对能源的需求变得越来越大，然而传统的化石能源不仅面临的逐渐枯竭的现象，而且传统化石能源带来的环境问题也变得日益严重。因此，发展新型可再生能源及相关能源储存装置变得越加紧迫。便携式电子设备和电动汽车行业的不断繁荣，进一步促生了对电能存储的巨大需求。基于双电层电容的超级电容以其独特的优势逐渐走进人们的视野。相较于传统的电容，超级电容具有功率密度高、充放电迅速、使用寿命长等优势，具有广泛的市场价值和应用前景。虽然双电层电容的能量密度比传统的介电电容有了质的飞跃，但与电池相比仍相差一个数量级，成为其被广泛应用的最大瓶颈。由于离子液体电化学窗口更宽，能够有效提升其能量密度，而且还具有性质稳定、饱和蒸气压低、毒性小等优点，被选为本工作的电解质。 本文基于分子动力学模拟的方法，从纳米尺度对超级电容电极材料表面离子的吸附、扩散、电容性能进行了研究。希望从微观尺度进一步探究其存在的机理，为超级电容的电容性能的提高提供参考。具体工作如下: 1.采用固定电荷方法，即在石墨烯电极表面上施加电荷，通过分子动力学模拟研究了4种离子液体的双电层结构。发现探讨了其对电容性能的影响。随着所加电压的增加，阴阳离子的密度及取向发生了可观的变化，进一步探讨了其对电容性能的影响。 2.由于离子液体粘度普遍较大，影响了超级电容的功率密度，添加溶剂是一种简单而有效的降粘方法，可以提高离子的介电常数和电导率。本文以乙腈为例，用分子动力学模拟研究了超级电容中不同浓度溶剂对界面处阴阳离子的结构、动力学性质和微分电容。
超级电容;电极材料;石墨烯;离子液体;制备工艺;电化学性能
北京化工大学
硕士
化学工程
刘志平;杨洋
2020
中文
TM242;TM205.1
2020-11-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）