【摘 要】
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电解液作为电化学储能系统的重要组成部分,是决定电池容量,支撑超级电容器储能、循环稳定性等特性的关键因素之一.离子液体作为一类新型软功能材料,因其高导电率、宽电化学窗口、良好的热稳定性、无显著蒸气压等特性,被广泛应用于电化学储能元件如锂电池、超级电容器等,逐步成为传统有机电解液最佳替代者之一.目前有关离子液体电解液的设计与研究大多采用实验测试法,其搜索范围大、成本高且难以从纳微水平精确获得对其动态结构、形成机理、作用机制等深刻认识.因此,本文综述了离子液体电解液在模拟计算方面的相关进展.首先根据不同的模拟尺
【机 构】
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燕山大学环境与化学工程学院,河北 秦皇岛 066004;中国科学院过程工程研究所离子液体清洁过程北京市重点实验室,北京 100190;中国科学院过程工程研究所离子液体清洁过程北京市重点实验室,北京 1
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电解液作为电化学储能系统的重要组成部分,是决定电池容量,支撑超级电容器储能、循环稳定性等特性的关键因素之一.离子液体作为一类新型软功能材料,因其高导电率、宽电化学窗口、良好的热稳定性、无显著蒸气压等特性,被广泛应用于电化学储能元件如锂电池、超级电容器等,逐步成为传统有机电解液最佳替代者之一.目前有关离子液体电解液的设计与研究大多采用实验测试法,其搜索范围大、成本高且难以从纳微水平精确获得对其动态结构、形成机理、作用机制等深刻认识.因此,本文综述了离子液体电解液在模拟计算方面的相关进展.首先根据不同的模拟尺度,介绍了用于离子液体电解液的3种模拟计算方法,并讨论了它们的优缺点.其次,按照离子液体在电解液中的不同组成部分,分别回顾了离子液体电池及超级电容器中的模拟研究现状.最后,讨论了离子液体电解液未来面临的挑战和发展方向,为电解液的模拟提供了新的研究思路.
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可充电电池已被广泛应用于电动汽车等国家重点战略发展领域,然而在电池反复的充放电过程中,金属离子的不均匀沉积会导致电极表面枝晶生长,电池可逆容量降低和内部短路.枝晶的形成是极其复杂的过程,涉及到电化学、热力学、动力学和结晶学等多个学科,并受到充电条件、压应力、电池组分、温度、磁场等多重因素的影响.本文系统剖析了枝晶成核和生长过程中涉及到的理论模型,全面回顾了相场模拟在可充电电池枝晶问题中的研究进展,重点讨论充电条件、应力、外压及离子分布等因素对枝晶生长的影响,给出了电化学相场模拟在电池枝晶领域的研究范式.进
二维层状过渡金属碳化物(氮化物)MXenes以其独特的物理和化学性能成为新型储能器件电极材料的重要候选材料,目前研究最广泛的MXenes材料为美国Drexel大学Gogotsi课题组于2011年以MAX相陶瓷材料Ti3AlC2为前驱体制备的Ti3C2Tx.结合本课题组对Ti3C2Tx/SnO2复合材料储锂性能的探索,本文综述了近年来二维与三维MXenes作为储能材料的新型制备手段,分析了三维MXenes及复合体系的储能优势,然后总结了目前比较主流的MXenes能量存储机制.大量资料表明:目前主要以HF或者
电化学阻抗谱(EIS)是一种常用的电化学测试方法.通过EIS可以获取研究体系的各种动力学信息,比如电荷转移,双电层充电和物质传输等.EIS数据的解析依赖于合理的模型,常见的模型分为等效电路模型和物理模型.本文简要介绍了EIS物理模型三种常见的求解方法:解析求解,时域数值方法和频域数值方法.我们首先以一个经典的带有法拉第反应的双电层界面为例,仅考虑扩散控制传质的情况下,推导了相应的解析解,介绍了数值求解EIS的时域方法和频域方法,并对比了不同方法的结果.然后,我们以电池中常见的金属离子沉积反应为例,给出了零
固体电解质界面(solid electrolyte interphase,SEI)是电池中“最重要也是最不被理解”的部分.可控合成性能优异的SEI是实现高能量密度电池的关键技术之一.但是,由于SEI的形成过程涉及到多个时间和空间尺度,并且涉及到多场耦合,导致SEI结构异常复杂.现有实验表征手段无法精确解析其微观结构和形成机制.近年来,高速发展的多尺度理论模拟,为理解和解析SEI结构提供了强有力的新手段.本文总结了近年来针对SEI研究发展出来的关键模拟技术,重点关注微-介观(<100 nm)尺度的理论模拟方
锂(离子)电池电极表面的固态电解质中间相(solid electrolyte interphase,SEI)是电池安全性、使用寿命及倍率性能等的关键影响因素.提高SEI的力学性能,如杨氏模量,可以使其更好地包容锂离子脱嵌带来的电极材料体积变化.原子力显微镜(AFM)纳米压痕技术能够在获得样品表面形貌的基础上测量相应区域的杨氏模量,但这种方法通常需要在样品不同区域采集大量的力曲线,才能得到具有统计意义的杨氏模量数值,因此比较费时耗力.最近有文献报道利用AFM中的AM-FM(amplitude modulat
本工作在不同干燥温度下分别制备了以聚偏二氟乙烯(PVDF)、丁苯橡胶/羧甲基纤维素钠(SBR/CMC)和海藻酸钠(SA)为黏结剂的碳包覆氧化亚硅多孔复合负极,并对其进行了系统的准静态拉伸和界面拉剪测试,以考察干燥温度对不同体系复合电极力学行为的影响.结果表明,提高干燥温度虽会提升电极干燥效率,但受高温下电极黏结剂厚向迁移的影响,各粘接体系下电极的拉伸性能和电极/集流体界面粘接性能都会随之削弱.干燥温度越高,力学性能削弱幅度越大.三种粘接体系相比,SBR/CMC体系在高温干燥后仍能保持较高的拉伸强度/模量比
清洁和可持续能源的大量应用和电动汽车行业的快速发展,为先进的储能/转换技术和设备带来了前所未有的机遇.可充电式锌-空气电池(ZAB)拥有的能量密度高、环境友好、安全性能高、成本低等优势,被广泛认为是最有前景的金属-空气电池之一.更重要的是,锌-空气电池所使用的锌资源丰富、价格便宜、能量密度适中以及还原潜力高.但由于在充电过程中空气阴极上氧还原反应的动力学过程十分缓慢,使得空气电池产生了相对大的超电势,也导致了ZAB无法实现商品化应用.沸石咪唑基金属有机框架(ZIFs)衍生的催化剂具有显著促进氧反应的能力.
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目前,对低成本石油沥青高附加值的利用仍面临着重大的挑战.鉴于其碳含量高,本工作利用NaHCO3模板成功制备了一种掺硫多孔碳骨架(SPC)结构.随后,以低沸点的MoCl5为钼源,升华硫为硫源,在SPC表层原位生长一层MoS2纳米片,定向制备了一种三维复合结构.该材料实现了MoS2和碳基底材料的良好接触,其相互交错的结构可以大大提高电子的传递速率,缩短了锂离子和电子传输路径.另外,该材料的多孔结构为锂离子提供了丰富的反应活性位点.当作为锂离子电池阳极进行测试时,该材料经过400圈的循环后,仍然维持着1069