《高性能雙電層電容器儲能機理的實驗與理論研究》是依託東南大學，由闞亞鯨擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高性能雙電層電容器儲能機理的實驗與理論研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：闞亞鯨
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
現階段雙電層電容器的發展重點是提升能量密度，而能量密度主要取決於電極／電解質界面的雙電層結構以及電解質的電化學穩定性。本項目選擇具有寬電化學視窗的室溫離子液體作為電解質，以其在石墨烯表面形成的雙電層結構為研究對象，採用表面力儀測量為主、分子動力學模擬配合的手段，討論關鍵因素對界面相互作用以及相應的離子分布結構的影響。實驗方面，研究工作將以明確離子液體在石墨烯表面上的吸附機理為基礎。通過探討表面電勢與離子特性、溫度相互耦合對雙電層結構的影響機制，總結電極電勢調控界面電容的機理。本項目還將進一步研究當通道的空間尺寸減小到納米量級時，受限離子液體在石墨烯表面的潤濕行為，明確其遷移及吸附特性，藉此闡釋納米多孔電極材料的儲電機制。理論方面，依據實驗建立並最佳化分子動力學模型，實現對真實工況中電極界面電容的準確預測。這些工作的開展將為設計和開發高性能雙電層電容器提供基礎理論方面的指導。
結題摘要
雙電層電容器具有功率密度高、循環穩定性強、綠色環保和超低溫特性穩定等優點，是未來理想的儲能設備。該類電容器的發展重點是能量密度提升，這主要取決於電極／電解質界面的雙電層結構以及電解質的電化學穩定性。為此，本項目選取離子液體在內的高濃度電解質為研究對象，採用表面力儀測量技術為主、分子動力學模擬為輔的技術手段，研究了關鍵參數對電解質在固/液界面的雙電層結構的影響機制和內在機理。主要研究內容包括離子特異性及溫度對離子液體固液界面結構的影響機理、水分子對離子液體固液界面結構的影響機理、高濃度電解質水溶液中固液界面的離子結構。所取得的研究成果總結如下：（1）明確了離子尺寸效應、工作溫度分別對離子液體雙電層結構和特徵尺寸的影響機制，並從電解質微觀結構以及與固體表面之間相互作用的角度給出了內在機理。（2）展示了離子液體界面結構隨含水量不同的變化關係，並通過分析不同階段水分子對電解質中離子間相互作用以及固體表面電荷的作用機理並解釋了其中的原因。（3）證明了電解質水溶液在高濃度條件下的界面結構特徵同樣受到離子溶劑化效應的影響，並解釋了離子水合和離子特異性在其中的作用機理。（4）通過改進表面力儀系統，實現了更高精度和解析度的力探測技術。在項目的資助下，項目組共發表論文總計4篇，其中SCI收錄論文3篇，EI收錄論文1篇；培養及協助培養博士研究生1名，碩士研究生4名。
