Computational Insights into Materials and Interfaces for Capacitive Energy Storage

Advanced Science - Tập 4 Số 7 - 2017
Cheng Zhan1, Cheng Lian2,3, Yu Zhang4, Matthew W. Thompson4, Yu Xie5, Jianzhong Wu2, Paul R. C. Kent5,6, Peter T. Cummings4, De‐en Jiang1, David J. Wesolowski7
1Department of Chemistry, University of California, Riverside, CA 92521, United States
2Department of Chemical and Environmental Engineering, University of California, Riverside, California, 92521, United States
3State Key Laboratory of Chemical Engineering, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, P. R. China
4Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Vanderbilt University, Nashville, Tennessee 37235, United States
5Center for Nanophase Materials Sciences, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tennessee, 37831 United States
6Computer Science and Mathematics Division, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tennessee, 37831 United States
7Chemcial Sciences Division, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tennessee, 37831 United States

Tóm tắt

Supercapacitors such as electric double‐layer capacitors (EDLCs) and pseudocapacitors are becoming increasingly important in the field of electrical energy storage. Theoretical study of energy storage in EDLCs focuses on solving for the electric double‐layer structure in different electrode geometries and electrolyte components, which can be achieved by molecular simulations such as classical molecular dynamics (MD), classical density functional theory (classical DFT), and Monte‐Carlo (MC) methods. In recent years, combining first‐principles and classical simulations to investigate the carbon‐based EDLCs has shed light on the importance of quantum capacitance in graphene‐like 2D systems. More recently, the development of joint density functional theory (JDFT) enables self‐consistent electronic‐structure calculation for an electrode being solvated by an electrolyte. In contrast with the large amount of theoretical and computational effort on EDLCs, theoretical understanding of pseudocapacitance is very limited. In this review, we first introduce popular modeling methods and then focus on several important aspects of EDLCs including nanoconfinement, quantum capacitance, dielectric screening, and novel 2D electrode design; we also briefly touch upon pseudocapactive mechanism in RuO2. We summarize and conclude with an outlook for the future of materials simulation and design for capacitive energy storage.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

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Advanced Science

Tập 4 Số 7

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