多物理场耦合调控的单根纳米储能器件开题报告

 2021-08-14 02:08

1. 研究目的与意义(文献综述)

工业革命以后,能源作为经济发展的基础,为工业化生产提供充足了的动力,促进着国家的飞速发展。然而,进入二十一世纪以后,各类不可再生化石能源储量不断下降,并将会在不远的将来完全耗尽,能源问题日益凸显,因此,各国纷纷开发新型可再生能源利用技术,以期缓解能源危机带来的影响。然而,常见的可再生能源,如风能,太阳能,潮汐能等由于时间和空间分布的不均匀性和不连续性,对电网的负荷产生较大的冲击,故而需要开发便捷可行的能源存储和运输技术。

常见的能源存储技术根据电荷存储的机理[1-2],可以分为电池储能和电容器储能,前者是利用电极材料在一定的电位区间内发生体相的氧化还原反应而提供电荷存储,通常伴随着离子的嵌入和材料晶体结构的转变,而后者主要是利用阴阳离子在电极材料与电解液界面双电层的脱吸附或者表面的氧化还原反应来实现电荷的存储。通常,电池具有更大的比容量和比能量密度,但是循环性能和倍率性能欠佳,而电容器具有更大的比功率密度,但是能量密度不够。提高电容器能量密度的有效方法可以从改变电化学反应热力学和动力学条件来实现电容器容量的提高。从热力学角度来看,选择那些可以发生表面氧化还原反应的材料作为活性材料,可以在双电层容量贡献的基础上增加赝电容容量的贡献;从动力学的角度来看,储能过程是通过电化学反应进行的,优化电化学反应动力学参数,如提高电极材料的电子电导率和离子电导率,增大电解液中离子的扩散系数,改变电极材料和电解液界面双电层结构,增大电极材料与电解液的接触面积均可以在一定程度上提高电极材料的电化学性能。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

器件构筑:以单晶mos2为起始材料,采用微机械剥离的办法,在带有300nmsio2的硅片上,利用光刻,电子束刻蚀,pvd蒸镀的办法构筑外电极,内电极和阻挡层,得到单根电化学储能器件。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解研究所需的项目背景,材料合成机理材料表征手段、器件构筑方法。确定方案,完成开题报告。

第4-6周:按照预定的方案合成电极材料,并且对其进行xrd和sem等物相和形貌的表征。

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4. 参考文献(12篇以上)

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