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.pdf

1、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

2、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

3、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