本文關(guān)鍵詞：多尺度模擬用于膜分離與鋰離子電池微觀過程的機(jī)理研究

  更多相關(guān)文章： 多尺度模擬 微觀過程 機(jī)理研究 膜分離 多孔石墨烯 鋰離子電池 電解液

【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,環(huán)境污染日益嚴(yán)重,能源危機(jī)逐漸突顯,人類面臨的挑戰(zhàn)愈加嚴(yán)峻,因此,環(huán)境友好型技術(shù)與綠色能源備受關(guān)注,社會(huì)對(duì)其需求也尤為迫切。膜分離與鋰離子電池技術(shù)被認(rèn)為是能夠有效解決環(huán)境與能源問題的前沿技術(shù),對(duì)其微觀過程的機(jī)理深刻理解將會(huì)極大的促進(jìn)這些前沿技術(shù)的快速發(fā)展。同時(shí),隨著計(jì)算機(jī)硬件與軟件技術(shù)以及計(jì)算機(jī)模擬理論的迅猛發(fā)展,多尺度模擬在微觀機(jī)理研究方面的優(yōu)勢(shì)也日益顯著。因此,本論文通過多尺度模擬研究了膜分離與鋰離子電池微觀過程的機(jī)理,研究結(jié)果為膜分離與鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展與推廣以及環(huán)境與能源問題解決提供了一些有益的信息。在膜分離方面,本論文以多孔石墨烯從焦?fàn)t煤氣中分離氫氣為研究體系,研究了孔徑、孔的幾何形狀、氣體分子吸附以及偏壓對(duì)分離過程的影響,探究了多孔石墨烯膜分離的機(jī)理。研究顯示：孔徑、孔的幾何形狀以及偏壓能夠顯著的影響膜分離的效率,而氣體分子吸附在該體系中的影響卻十分的微弱；H2穿越多孔石墨烯的過程由熵變化控制,而CO、CH4與H2S則是由內(nèi)能變化所主導(dǎo)的。研究結(jié)果表明多孔石墨烯能夠有效的分離焦?fàn)t煤氣中的氫氣,并且研究得到了具有高滲透率和高選擇率的孔結(jié)構(gòu)。在鋰離子電池方面,本論文研究了傳統(tǒng)碳酸酯電解液的微觀結(jié)構(gòu),團(tuán)簇的種類、分布、氧化電位,以及氟代碳酸乙烯酯(FEC)的添加對(duì)傳統(tǒng)碳酸酯電解液微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響。研究表明：電解液短程結(jié)構(gòu)有序,離子與溶劑競(jìng)爭(zhēng)性參與鋰離子配位；電解液的氧化電位由體系中各種團(tuán)簇的氧化電位共同決定；FEC的添加幾乎沒有改變鋰離子周邊短程有序結(jié)構(gòu),然而卻改變了體系中團(tuán)簇的種類和相對(duì)數(shù)量,這也使得FEC的添加能夠改善高電壓鋰離子電池的性能。
【關(guān)鍵詞】：多尺度模擬 微觀過程 機(jī)理研究 膜分離 多孔石墨烯 鋰離子電池 電解液
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ028.8;TM912
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-37
• 1.1 多尺度模擬簡(jiǎn)介11-12
• 1.2 膜分離12-16
• 1.2.1 膜分離簡(jiǎn)介12-14
• 1.2.2 多孔石墨烯膜分離的研究進(jìn)展14-16
• 1.3 鋰離子電池16-22
• 1.3.1 鋰離子電池簡(jiǎn)介16-20
• 1.3.2 鋰離子電池電解液的研究進(jìn)展20-22
• 1.4 選題意義與本論文工作22-24
• 本章參考文獻(xiàn)24-37
• 第二章 理論計(jì)算方法37-58
• 2.1 引言37-38
• 2.2 分子動(dòng)力學(xué)模擬38-49
• 2.2.1 基本原理與運(yùn)動(dòng)方程求解38-41
• 2.2.2 力場(chǎng)41-43
• 2.2.3 周期性邊界條件43-44
• 2.2.4 統(tǒng)計(jì)系綜44-45
• 2.2.5 溫度和壓力控制45-46
• 2.2.6 PMF(Potential of Mean Force)的計(jì)算方法46-49
• 2.3 密度泛函理論(Density Function Theory,DFT)49-55
• 2.3.1 Hohenberg-Kohn(HK)定理50-51
• 2.3.2 Kohn-Sham(KS)方程51-52
• 2.3.3 交換相關(guān)泛函52-55
• 本章參考文獻(xiàn)55-58
• 第三章 多孔石墨烯膜分離微觀過程的機(jī)理研究58-78
• 3.1 引言58-60
• 3.2 計(jì)算細(xì)節(jié)60-64
• 3.2.1 分子動(dòng)力學(xué)模擬60-63
• 3.2.2 密度泛函理論(DFT)計(jì)算63-64
• 3.3 孔徑的影響64-65
• 3.4 氣體分子在膜表面吸附的影響65-66
• 3.5 孔幾何形狀的影響66-68
• 3.6 偏壓的影響68-69
• 3.7 機(jī)理探究69-72
• 3.8 小結(jié)72-73
• 本章參考文獻(xiàn)73-78
• 第四章 鋰離子電池微觀過程的機(jī)理研究78-102
• 4.1 引言78-79
• 4.2 計(jì)算細(xì)節(jié)79-81
• 4.2.1 分子動(dòng)力學(xué)模擬79-81
• 4.2.2 密度泛函理論(DFT)計(jì)算81
• 4.3 離子與溶劑的自擴(kuò)散系數(shù)81-85
• 4.4 與鋰離子相關(guān)的徑向分布函數(shù)85-90
• 4.5 電解液中團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)與氧化電位90-93
• 4.6 氟代碳酸乙烯酯添加劑對(duì)電解液性質(zhì)的影響93-97
• 4.7 小結(jié)97-99
• 本章參考文獻(xiàn)99-102
• 第五章 總結(jié)與展望102-105
• 5.1 總結(jié)102-103
• 5.2 展望103-105
• 碩士期間的學(xué)術(shù)研究成果105-106
• 致謝106

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 Chengzhen Sun;Boyao Wen;Bofeng Bai;;Recent advances in nanoporous graphene membrane for gas separation and water purification[J];Science Bulletin;2015年21期

2 王茜;郭曉燕;邵懷啟;周啟星;胡萬(wàn)里;宋曉靜;;石墨烯及氧化石墨烯對(duì)分離膜改性的方法、效能和作用機(jī)理[J];化學(xué)進(jìn)展;2015年10期

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本文編號(hào)：702925