由于过渡依赖传统矿石燃料,全球气候恶化,发展持续可再生清洁能源成为全球能源安全的必然趋势。建设人与自然和谐共生、低碳智慧型城市已经成为国家目标。5G时代降临,工业4.0发展中对固定或者移动的高功率设备的需求增强。这些都亟待需要双电层电容的快速发展。目前,双电层电容器由于能量密度低而不能得到广泛应用,通过对固态纳米孔内离子输运行为的定量描述,可以进一步为双电层电容器参数设计中降低电导、提高工作电压及增大比电容等方面研究提供理论支撑,助推高性能双电层电容广泛工业化。纳米孔内离子输运行为的研究不但可以助推双电层电容的储能机制快速发展,同时也为纳米孔的各类应用（如海水淡化、生物分子检测、污染物净化等）提供参考。为此,论文提出“双电层电容的纳通道离子输运研究”,针对储能原理中的纳米孔内离子存储与输运进行研究,重点关注离子在电场力驱动下输运情况。论文利用理论预测、数值仿真、分子动力学模拟及实验等手段考察离子在双电层重叠的纳米孔中迁移特性,建立合适于离子迁移特性的理论模型,提升双电层电容中离子迁移行为的定量描述水平,为双电层电容的设计中参数调制提供基础。离子电导的理论模型研究。基于离子输运的界面静电作用和动力学效应,将电导作用细分为入口、表面电荷、孔内、表面电势漏及电渗流,并利用界面电荷作用的无量纲因子和泄漏系数将电导统一为一个模型,将电导和浓度间的幂律关系用模型进行描述,即G∝n0α,以此来定量描述离子在纳米孔的输运行为。模型表明低浓度区域,离子电导由表面电荷主导;而高浓度区域表现出体态行为,同时,浓度和表面电荷值越大,电渗流作用越强。同时利用仿真技术和现有实验结果对离子电导的理论模型研究进行了验证,讨论了该模型在浓度和离子迁移率方面的局限性。亚纳米孔内离子电导对离子输运的作用。利用实验和分子动力学的方法讨论了维持电中性的纳米孔浓度不适用于对亚纳米孔电导研究,依托Donnan平衡关系和Poisson-Boltzmann对纳米孔平均浓度进行估算,用以研究纳米孔电导。结果表明,在表面电荷的作用下,纳米孔内部的平均离子浓度远高于体态值。在亚纳米孔内,100mM是表面电荷和体态行为控制之间的过渡点。此外,通过对电导的考察,发现入口电导对离子的输运不起阻碍作用,纳米孔电导仍然是孔内电导贡献最大者,而表面电势漏电导又远比表面电导贡献要大,但当体态浓度高于10m M时,电渗流作用开始影响离子电导,到体态浓度高于100m M后,离子电导与浓度呈线性关系。同时,亚纳米孔还显示出对Na+的强选择性和对Cl-的强排斥性。固态膜纳米孔的离子迁移特性。用电流检测技术研究离子在纳米通道中的电导在10nm以下纳米孔的电导特性,探明双电层重叠随孔径变化对离子电导作用的演变历程。结果表明,一方面孔径增大,泄漏系数α值增大,α值越大,表面电势泄漏值越大,离子电导接近体态值;另一方面表面电势漏随浓度增加而变大,但超过100m M后,快速下降,其值可能表现出负值。纳米孔孔径越小,离子浓度越高,双电层电容电荷存储效率越好。低浓度区域,由于维恩效应（Wien effect）离子迁移率远高于体态,随浓度增高,离子迁移率快速下降,甚至低于体态值,论文基于表面电荷和浓度等因素,建立模型用于估算1:1电解质溶液的离子迁移率。纳米孔中水和离子的耦合输运作用。由于水分子具有极性,静电作用使得电解质溶液中的离子都是与水和分子一起输运。水和层半径影响离子在纳米孔的轴向分布的同时,也影响水分子的流量,在对Na+、Ca2+、La3+和水分子流量耦合作用考察发现,离子和水的耦合输运作用是相互促进的。在实验中对离子种类对电导的考察中发现,不同的水和层和离子氛,使得发生弛豫效应的时间不一样,导致电导也不一样。在对温度对离子迁移特性考察中发现,温度是离子电导的相关项,且随着浓度升高,温度对离子电导的影响也越大。