随着全球经济及社会的发展,人们对于能源的需

2019-08-14
本网记者
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摘要:随着全球经济及社会的发展,人们对于能源的需求及使用日益增长。环境污染和化石能源匮乏的问题日益显著,为了人类的可持续发展。寻求开发新能源和可再生资源迫在眉睫。太阳能

跟着全球经济及社会的展开,人们关于动力的需求及运用日益增长。
环境污染和化石动力匮乏的问题日益明显,为了人类的可持续展开。
寻求开发新动力和可再生资源火烧眉毛。
太阳能和风能等新式动力尽管便当清洁,可是由于其本身受时空散布不均匀的特色约束在现阶段并不能广泛运用。
作为化学储能设备,锂离子电池以比功率高、能量密度大、寿命长、自放电率低和储藏时刻长等长处,被广泛运用于便携式电子设备、航天、军事装备及电动交通东西。
现在,锂离子电池已逐步代替其他电池为首要的动力电池。
另一方面,由于近年来智能电网及大规模储能范畴的展开对锂离子电池的能量密度和功率密度提出了更高的要求,这使得开发具有高能量密度和大功率密度的新式锂离子电池尤为重要。
第一性原理核算办法即从头算(ab initio)被广泛运用在化学、物理、生命科学和资料学等范畴。
它的根本思想是将多个原子构成的系统看成是由多个电子和原子核组成的系统,并依据量子力学的根本原理对问题进行最大极限的“非经验性”处理。
它只需求5个根本常数(m0,e,h,c,kB)就能够核算出系统的能量和电子结构等物理性质。
第一性原理核算能够确认已知资料的结构和根底性质,并完成原子等级的精准操控,是现阶段处理试验理论问题和猜测新资料结构功能的有力东西。
而且,第一性原理核算不需求展开实在的试验,极大地节省了试验本钱,现已被广泛运用于锂离子电池电极资料的嵌脱锂机理探究、分散能垒核算、结构稳定性、嵌锂容量机理研讨等方面,为锂离子电池电极资料的制备和改性供给了有用的理论指导。
其间,在锂电范畴,运用第一性原理核算为锂离子电池资料的规划供给的理论运用首要集中于以下几个方面:1 作业电压的核算锂离子嵌入电压是锂离子电池的一个重要参数,而抱负的资料是正极资料的电压渠道足够高、负极资料的电压渠道足够低,才干得到较高的作业电压,进而为锂离子电池供给较高的能量密度。
第一性原理能够通过核算资料基态的电子总能量核算出均匀嵌锂电压(average intercalationvoltage,AIV),与试验测到的电压数值比较挨近,其原理论述如下,例如电极反响式:其开路电压可由如下公式核算所得:其间,μcathode和μanode分别为锂原子在正负极资猜中的化学势,z为反响进程中搬运电子数,F是法拉第常数,△G为吉布斯(Gibbs)自由能。
在0K时,可近似为△G≈△E,则公式1可写为:因而,只需核算反响前后的各物质的总能量,就能够运用公式(2)求解正极资料的均匀电压。
第一性原理核算能够比较精确地猜测资料的均匀嵌锂电压,与试验测到的电压数值比较挨近,如Zhou等2人通过核算得正极资料LiNiPO4的电压为5.1V,而试验测验值为5.1V-5.3V。

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