书籍详情
金属空气电池
作者：张新波，黄岗，陈凯 著
出版社：科学出版社
出版时间：2022-10-01
ISBN：9787030730718
定价：¥160.00
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内容简介
《金属空气电池》是一部关于金属空气电池的综合性著作，重点介绍了锌空气电池和锂空气电池，对铝/钠/钾/镁/铁等空气电池也有所涉及。首先回顾电池及金属空气电池的发展史（第1～2章）；继而按照金属空气电池的部件分别进行阐释（第3～8章），包括正极的反应原理与优化、水系和非水系电解液的发展、负极的保护策略、隔膜的设计、气体组分对电池的影响以及氧化还原介体作用机制和种类的归纳等；接着介绍了理论计算和机器学习在金属空气电池研究中的应用（第9章）；之后从实际出发，总结了金属空气电池的常见结构和组装方法及柔性金属空气电池的发展现状（第10～11章）；*后进行了未来展望（第12章），概述了其应用要求及其面临的挑战，并提出了相关解决思路。
作者简介
暂缺《金属空气电池》作者简介
目录
目录
丛书序
前言
第1章 能量储存与电池系统 1
1.1 能量储存与转化 1
1.2 电池系统发展简史 5
1.2.1 伏打电堆 5
1.2.2 锌锰电池 5
1.2.3 铅酸电池 6
1.2.4 镍镉电池 7
1.2.5 镍氢电池 7
1.2.6 氢燃料电池 9
1.2.7 锂离子电池 11
1.2.8 锂硫电池 13
参考文献 14
第2章 金属空气电池概述 16
2.1 金属空气电池介绍 16
2.2 金属空气电池系统 17
2.2.1 锌/铝空气电池 18
2.2.2 锂空气电池 21
2.2.3 钠空气电池 34
2.2.4 钾空气电池 47
2.2.5 其他金属空气电池 57
参考文献 64
第3章 正极电化学 69
3.1 空气电池正极电化学 69
3.1.1 锌/铝空气电池正极电化学 69
3.1.2 锂/钠/钾空气电池正极电化学 72
3.1.3 其他金属空气电池正极电化学 74
3.2 碳基正极材料 76
3.2.1 纯碳正极材料 76
3.2.2 贵金属催化剂碳基正极材料 84
3.2.3 过渡金属化合物碳基正极材料 86
3.2.4 碳基材料中的副反应 89
3.3 无碳正极材料 91
参考文献 99
第4章 金属空气电池电解质 105
4.1 水系电解液 105
4.1.1 碱性电解液 105
4.1.2 中性电解液 114
4.1.3 酸性电解液 119
4.2 非水系电解液 121
4.2.1 碳酸酯类电解液 122
4.2.2 醚类电解液 125
4.2.3 砜类电解液 134
4.2.4 酰胺类电解液 144
4.2.5 离子液体电解液 150
4.2.6 非水系电解液中的盐 155
4.2.7 熔融盐电解质 165
4.3 半固态和固态电解质 167
4.3.1 金属空气电池用固态电解质 167
4.3.2 半固态/固态金属空气电池的发展 171
参考文献 185
第5章 金属负极保护 200
5.1 负极挑战概述 200
5.1.1 腐蚀 202
5.1.2 枝晶 203
5.1.3 体积膨胀 204
5.1.4 低库仑效率 204
5.2 负极保护策略 205
5.2.1 负极主体设计 205
5.2.2 负极表面修饰 209
5.2.3 负极合金化 219
5.2.4 电解液调控 221
5.2.5 其他策略 227
5.3 未来展望 229
参考文献 230
第6章 金属空气电池隔膜的设计 237
6.1 金属空气电池隔膜的分类 237
6.2 金属空气电池隔膜的作用 238
6.3 金属空气电池隔膜性能要求 239
6.4 金属空气电池隔膜设计实例 241
6.5 未来展望 247
参考文献 247
第7章 气体组分对电池的影响 250
7.1 氧气/二氧化碳电池 250
7.2 金属-二氧化碳电池 255
7.2.1 锂-二氧化碳电池 256
7.2.2 钠-二氧化碳电池 258
7.2.3 钾-二氧化碳电池 260
7.2.4 锌-二氧化碳电池 263
7.3 金属-氮气电池 266
参考文献 269
第8章 氧化还原介体 273
8.1 氧化还原介体概要 273
8.1.1 作用和机理 273
8.1.2 设计和选择标准 278
8.1.3 分类 282
8.2 氧化还原介体的应用 286
8.2.1 研究进展 286
8.2.2 发展方向 296
参考文献 299
第9章 理论计算在金属空气电池中的应用 304
9.1 密度泛函理论计算应用于空气正极机理的研究 304
9.1.1 密度泛函理论基本介绍 304
9.1.2 氧正极模型与理论过电势 306
9.1.3 正极催化剂的选择与设计 311
9.2 电解质的动力学研究 314
9.2.1 分子动力学的介绍与应用 314
9.2.2 电解质中的相互作用 316
9.2.3 电极界面的反应 320
9.3 机器学习在空气电池材料筛选中的应用 322
9.4 小结与展望 328
参考文献 328
第10章 金属空气电池的组装 332
10.1 工业级的锌空气电池组装 332
10.1.1 锌空气电池的商业化 332
10.1.2 锌空气电池的结构及组装 333
10.1.3 纽扣式锌空气电池 337
10.1.4 方形锌空气电池 339
10.1.5 圆柱形锌空气电池 339
10.2 实验室的金属空气电池组装 341
10.2.1 纽扣式空气电池 341
10.2.2 世伟洛克型空气电池 341
10.2.3 模块型空气电池 343
10.2.4 原位电化学池装置 345
10.2.5 其他新型空气电池模具 354
10.3 小结 355
参考文献 356
第11章 柔性金属空气电池 358
11.1 可穿戴设备及其电池 358
11.2 柔性正极 360
11.2.1 碳基正极 360
11.2.2 非碳基正极 361
11.3 柔性金属空气电池中的电解质 363
11.3.1 液态电解质 363
11.3.2 固态电解质 364
11.4 封装材料 366
11.5 柔性金属空气电池的构型 366
11.5.1 一维柔性金属空气电池 367
11.5.2 岛-桥结构柔性金属空气电池 368
11.5.3 薄膜型柔性金属空气电池 370
11.6 挑战与前景 371
参考文献 371
第12章 金属空气电池技术的应用 373
12.1 金属空气电池应用要求 373
12.1.1 电芯的性能参数 373
12.1.2 电池应用的技术指标 373
12.1.3 金属空气电池应用特点 374
12.2 金属空气电池应用进展 374
12.2.1 锌空气电池 375
12.2.2 铝空气电池 380
12.2.3 锂/钠/钾空气电池 383
12.2.4 镁空气电池 384
参考文献 384
丛书序
前言
第1章 能量储存与电池系统 1
1.1 能量储存与转化 1
1.2 电池系统发展简史 5
1.2.1 伏打电堆 5
1.2.2 锌锰电池 5
1.2.3 铅酸电池 6
1.2.4 镍镉电池 7
1.2.5 镍氢电池 7
1.2.6 氢燃料电池 9
1.2.7 锂离子电池 11
1.2.8 锂硫电池 13
参考文献 14
第2章 金属空气电池概述 16
2.1 金属空气电池介绍 16
2.2 金属空气电池系统 17
2.2.1 锌/铝空气电池 18
2.2.2 锂空气电池 21
2.2.3 钠空气电池 34
2.2.4 钾空气电池 47
2.2.5 其他金属空气电池 57
参考文献 64
第3章 正极电化学 69
3.1 空气电池正极电化学 69
3.1.1 锌/铝空气电池正极电化学 69
3.1.2 锂/钠/钾空气电池正极电化学 72
3.1.3 其他金属空气电池正极电化学 74
3.2 碳基正极材料 76
3.2.1 纯碳正极材料 76
3.2.2 贵金属催化剂碳基正极材料 84
3.2.3 过渡金属化合物碳基正极材料 86
3.2.4 碳基材料中的副反应 89
3.3 无碳正极材料 91
参考文献 99
第4章 金属空气电池电解质 105
4.1 水系电解液 105
4.1.1 碱性电解液 105
4.1.2 中性电解液 114
4.1.3 酸性电解液 119
4.2 非水系电解液 121
4.2.1 碳酸酯类电解液 122
4.2.2 醚类电解液 125
4.2.3 砜类电解液 134
4.2.4 酰胺类电解液 144
4.2.5 离子液体电解液 150
4.2.6 非水系电解液中的盐 155
4.2.7 熔融盐电解质 165
4.3 半固态和固态电解质 167
4.3.1 金属空气电池用固态电解质 167
4.3.2 半固态/固态金属空气电池的发展 171
参考文献 185
第5章 金属负极保护 200
5.1 负极挑战概述 200
5.1.1 腐蚀 202
5.1.2 枝晶 203
5.1.3 体积膨胀 204
5.1.4 低库仑效率 204
5.2 负极保护策略 205
5.2.1 负极主体设计 205
5.2.2 负极表面修饰 209
5.2.3 负极合金化 219
5.2.4 电解液调控 221
5.2.5 其他策略 227
5.3 未来展望 229
参考文献 230
第6章 金属空气电池隔膜的设计 237
6.1 金属空气电池隔膜的分类 237
6.2 金属空气电池隔膜的作用 238
6.3 金属空气电池隔膜性能要求 239
6.4 金属空气电池隔膜设计实例 241
6.5 未来展望 247
参考文献 247
第7章 气体组分对电池的影响 250
7.1 氧气/二氧化碳电池 250
7.2 金属-二氧化碳电池 255
7.2.1 锂-二氧化碳电池 256
7.2.2 钠-二氧化碳电池 258
7.2.3 钾-二氧化碳电池 260
7.2.4 锌-二氧化碳电池 263
7.3 金属-氮气电池 266
参考文献 269
第8章 氧化还原介体 273
8.1 氧化还原介体概要 273
8.1.1 作用和机理 273
8.1.2 设计和选择标准 278
8.1.3 分类 282
8.2 氧化还原介体的应用 286
8.2.1 研究进展 286
8.2.2 发展方向 296
参考文献 299
第9章 理论计算在金属空气电池中的应用 304
9.1 密度泛函理论计算应用于空气正极机理的研究 304
9.1.1 密度泛函理论基本介绍 304
9.1.2 氧正极模型与理论过电势 306
9.1.3 正极催化剂的选择与设计 311
9.2 电解质的动力学研究 314
9.2.1 分子动力学的介绍与应用 314
9.2.2 电解质中的相互作用 316
9.2.3 电极界面的反应 320
9.3 机器学习在空气电池材料筛选中的应用 322
9.4 小结与展望 328
参考文献 328
第10章 金属空气电池的组装 332
10.1 工业级的锌空气电池组装 332
10.1.1 锌空气电池的商业化 332
10.1.2 锌空气电池的结构及组装 333
10.1.3 纽扣式锌空气电池 337
10.1.4 方形锌空气电池 339
10.1.5 圆柱形锌空气电池 339
10.2 实验室的金属空气电池组装 341
10.2.1 纽扣式空气电池 341
10.2.2 世伟洛克型空气电池 341
10.2.3 模块型空气电池 343
10.2.4 原位电化学池装置 345
10.2.5 其他新型空气电池模具 354
10.3 小结 355
参考文献 356
第11章 柔性金属空气电池 358
11.1 可穿戴设备及其电池 358
11.2 柔性正极 360
11.2.1 碳基正极 360
11.2.2 非碳基正极 361
11.3 柔性金属空气电池中的电解质 363
11.3.1 液态电解质 363
11.3.2 固态电解质 364
11.4 封装材料 366
11.5 柔性金属空气电池的构型 366
11.5.1 一维柔性金属空气电池 367
11.5.2 岛-桥结构柔性金属空气电池 368
11.5.3 薄膜型柔性金属空气电池 370
11.6 挑战与前景 371
参考文献 371
第12章 金属空气电池技术的应用 373
12.1 金属空气电池应用要求 373
12.1.1 电芯的性能参数 373
12.1.2 电池应用的技术指标 373
12.1.3 金属空气电池应用特点 374
12.2 金属空气电池应用进展 374
12.2.1 锌空气电池 375
12.2.2 铝空气电池 380
12.2.3 锂/钠/钾空气电池 383
12.2.4 镁空气电池 384
参考文献 384
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