有机电解液在双炭层容器中的分子动力学研究

摘要

双电层电容器，又称超级电容器，其超高的功率密度与更长的循环使用寿命，伴随着人们对储电量与续航时间要求的提高，越发受到人们的关注，同时，对电容器材料与电解质的选择显得越发重要。随着科技的发展与计算机应用领域的扩大，将传统实验搬到计算机中已成为趋势，减少不必要的资源浪费，否定不合理的实验猜想，在仿真过程中达到预期目的。本文采用分子动力学的模拟方法，对螺环双吡咯四氟硼酸季铵盐(SBP·BF4)与乙腈(ACN)的混合有机电解液进行力场和模型的建立，并针对有机电解液的性能，对其在双炭层电容器中的结构进行了计算研究。
　　SBP·BF4的乙腈溶液具有很好的电化学窗口和电导率，本文采用MaterialStudio6.0软件Dmol3模块对SBP·BF4阴、阳离子进行几何结构和电荷分布的量化处理，并结合文献建立力场参数，随后加入乙腈分子形成混合体系，通过LAMMPS软件进行分子动力学模拟。结果表明:计算得到的物化性质数据与实验测定值非常接近，证明本文所采用力场参数的合理性，为超级电容器的模拟计算奠定基础。
　　采用建立的有机电解液模型，建立双炭层模型，在不同状态下对双炭层电容器进行模拟计算，对不同电压下的电容器性质，如粒子分布密度等结构信息及不同层面的分子微观分布进行了探讨，就电压对电容器内部结构的影响进行分析。结果表明:电压升高会使电容器极板电荷密度升高。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 超级电容器模拟简介

1．2．1 双电层电容器理论

1．2．2 超级电容器的分类

1．2．3 超级电容器的分子动力学模拟

1．3 电解液模拟简介

1．3．1 电解液的分类

1．3．2 电解液的分子动力学模拟

1．4 本课题的选题意义及研究内容

第二章 SBP·BF4模型的建立

2．1 结构优化

2．2 电荷分布计算

2．3 小结

第三章 SBP·BF4+ACN体系的模拟计算

3．1 前言

3．2 电解液物理性能参数对比量

3．3 实验测定

3．4 SBP．BF4／ACN溶液分子动力学模拟

3．4．1 力场参数

3．4．2 模拟方法细节

3．4．3 模拟结果与讨论

3．5 本章小结

第四章 SBP·BF4+ACN混合体系在双炭层电容器中的模拟

4．1 前言

4．2 简化模型的采用理由及建立

4．3 烷基简化法的可靠性验证—EMI·BF4的模拟计算

4．3．1 力场参数

4．3．2 模拟方法与细节

4．3．3 模拟结果验证

4．4 简化模型的模拟细节与结果对比

4．5 双电层电容器模拟

4．5．1 双电层电容器模拟内容

4．5．2 双电层电容器模拟的细节

4．5．3 双电层电容器模拟的结果与讨论

4．6 本章小节

第五章 全文结论及工作展望

5．1 全文结论

5．2 工作展望

参考文献

发表论文及参加科研情况

致谢