石墨烯电容充电的第一性原理模拟及其对超级电容器设计的启示
材料科学
2015-03-12 v1
摘要
超级电容器通过形成双电层来存储能量，这在电极 - 电解质界面处产生强电场。与传统的金属电极不同，石墨烯衍生材料具有较低的电子态密度（即量子电容），这限制了其重新分布电荷和有效屏蔽该电场的能力。为了探索这些效应，我们引入了一种基于有效屏蔽介质框架的第一性原理方法，用于直接模拟单层和多层石墨烯的电荷存储行为，从而更紧密地近似实际运行器件。我们证明，界面电场的存在显著改变了几层石墨烯厚度以下电极的电容，这在很大程度上源于固有的空间电荷屏蔽限制。研究发现电容对电极与溶剂（接触层）之间的间隙高度敏感，这为通过适当设计电解质来调节电极界面电容提供了可能性。我们的结果为实验测量与固定能带模型之间的差异提供了另一种解释，并为改进基于石墨烯的器件提供了具体启示。
引用
@article{arxiv.1410.0767,
title = {First-principles simulation of capacitive charging of graphene and implications for supercapacitor design},
author = {Maxwell D. Radin and Tadashi Ogitsu and Minoru Otani and Juergen Biener and Brandon C. Wood},
journal= {arXiv preprint arXiv:1410.0767},
year = {2015}
}
备注
12 pages, 3 figures