阳离子-π作用对基于碳纳米管的锂离子电池电压的影响
高韶华
学位类型硕士
导师方海平
2016
学位授予单位中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)
关键词阳离子-π作用 锂离子电池 碳纳米管 电池电压 密度泛函理论
摘要阳离子-π作用在分子识别,酶催化反应,蛋白质分子结构的稳定,药物设计,生物膜等许多过程中起着非常重要的作用。这种相互作用广泛存在于阳离子与π电子丰富的碳基材料,如芳香环,碳纳米管,石墨烯,富勒烯等。阳离子-π相互作用对这些π电子丰富的材料的性质和应用有很大的影响,具体表现在表面和界面的电荷行为,润湿行为,离子分布,有机污染物的吸附和离子的吸附和扩散行为。在本世纪一项主要的挑战就是如何以一种良好的高倍率充放电性能,高电容量,高能量密度,高循环寿命的方法来储存电能。随着纳米技术的发展,特别是在过去几十年纳米结构制造技术的发展,为提高材料储存能量的性质提供了一种新的方法。研究结果表明,与以石墨烯为碳纳米管阳极的锂离子电池相比,以碳纳米管为阳极的锂离子电池是未来最有希望的电化学能量储存系统之一。在基于碳纳米管的锂离子电池中,锂离子与碳纳米管之间主要是阳离子-π相互作用。但是,目前人们还不知道这种相互作用对以碳管为阳极的锂离子电池的影响。在这项研究工作中,我们利用密度泛函理论系统的研究了阳离子-π作用对以碳纳米管为阳极的锂离子电池的影响。我们发现阳离子-π相互作用有利于提高锂离子电池的电压。当我们同时考虑Li+-π和Li-π相互作用时,锂离子电池电压随着碳纳米管半径的增加而增加。另外,当锂离子吸附在碳纳米管外壁时,锂离子电压比吸附在内壁时电压大。这些结果表明,使用半径比较大和堆积密度比较小的碳纳米管有利于提高锂离子电池的储能性能。锂离子吸附在(10,10)碳纳米管管外壁的电压比锂离子吸附在(4,4)碳纳米管内部时的电压提高了0.44 V,也即是提高了38%。这表明通过合理的设计我们可以大幅度提高以碳管为基的锂离子电池的能量密度。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/26097
专题中科院上海应用物理研究所2011-2018年
作者单位中国科学院上海应用物理研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
高韶华. 阳离子-π作用对基于碳纳米管的锂离子电池电压的影响[D]. 中国科学院研究生院(上海应用物理研究所),2016.
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