新能源材料与器件概论

　　高等学校教材《新能源材料与器件概论》系统阐述了新能源材料的分类、组成、结构、性质与合成工艺，以及相应新能源器件的工作原理和性能，包括新能源科学基础、电化学储能基础、锂离子电池、电化学电容器、新型化学电源、氢能转换材料与器件、固态电池和其他新能源技术，并对新能源材料制备及测试技术进行了详尽的阐述。书中给出了详尽的和代表性的实际案例，以期更好地解决实际应用问题。本书可作为新能源、氢能、材料、化学等学科本科教材及研究生教材，同时可供新能源、氢能、电动汽车、规模储能等领域从事研究、制造与应用工作的科学技术人员参考和阅读。

　　张林森，郑州轻工业大学教授，主要从事锂离子电池、锂硫电池、燃料电池、金属空气电池等化学电源新能源材料及电镀与化学镀表面处理等方面的研究。近年来参加国家项目2项，主持省部级项目3项、厅级项目2项。获得河南省科技进步奖、轻工联合会科技发明奖、轻工联合会科技进步奖、省教育厅科技成果奖等奖项。在国内外重要学术期刊公开发研究论文50余篇，其中三大收录30余篇，省部级鉴定成果7项，授权发明专利6项，著作3部。

第1章 绪论 　 1
1.1 能源  1
1.2 能量存储与转换技术  5
1.3 新能源材料  7
第2章 电化学储能基础 　 9
2.1 电化学储能概述  10
2.1.1 电化学简介  10
2.1.2 电化学储能的发展史  10
2.2 电化学储能原理  11
2.2.1 电极电位的建立  12
2.2.2 法拉第过程与非法拉第过程  15
2.2.3 电化学储能的分类  17
2.3 电化学储能的应用  17
第3章　锂离子电池 　 19
3.1 锂离子电池基础  19
3.1.1 锂离子电池的发展历程  19
3.1.2 锂离子电池的工作原理  22
3.1.3 锂离子电池的结构及分类  23
3.1.4 锂离子电池原材料及制造  25
3.2 锂离子电池正极材料  27
3.2.1 正极材料简介  27
3.2.2 钴酸锂  30
3.2.3 LiMn2O4 正极材料  34
3.2.4 LiFePO4 正极材料  35
3.2.5 三元正极材料  37
3.3 锂离子电池负极材料  41
3.3.1 负极材料简介  41
3.3.2 石墨材料  43
3.3.3 无定形碳  46
3.3.4 钛氧化物材料  48
3.3.5 硅基负极材料  49
3.4 锂离子电池电解液  51
3.4.1 有机电解液的性能要求  52
3.4.2 锂盐  53
3.4.3 有机溶剂  55
3.4.4 电解液的反应  57
3.4.5 电解液添加剂  59
3.5 其他材料  62
3.5.1 隔膜  62
3.5.2 导电剂  66
3.5.3 黏结剂  70
3.5.4 壳体、集流体和极耳  70
第4章 电化学电容器 　 72
4.1 概述  72
4.1.1 电化学电容器的发展史  72
4.1.2 电化学电容器的分类  73
4.1.3 电化学电容器的特点及应用  75
4.2 电化学双电层电容器  77
4.2.1 电化学双电层理论  77
4.2.2 碳材料双电层储能电化学  79
4.2.3 双电层电容器用碳材料  82
4.2.4 双电层电容器用电解液  86
4.2.5 其他关键材料  90
4.2.6 双电层电容器制备工艺  93
4.3 法拉第赝电容器  96
4.3.1 赝电容反应原理  96
4.3.2 赝电容材料  98
4.3.3 碳基赝电容复合材料  100
4.4 电化学电容器新体系  101
4.4.1 电化学电容器研发趋势  101
4.4.2 石墨烯电容器  101
4.4.3 锂离子电容器  110
第5章 新型化学电源 　 113
5.1 高能金属锂二次电池  113
5.1.1 锂硫电池  113
5.1.2 锂二氧化碳电池  116
5.1.3 金属锂负极的保护  118
5.2 非锂金属离子电池  122
5.2.1 钠离子电池  122
5.2.2 镁离子电池  124
5.2.3 锌离子电池  126
5.2.4 铝离子电池  128
5.3 金属空气电池  130
5.3.1 锌空气电池  130
5.3.2 铝空气电池  135
5.3.3 锂空气电池  141
第6章 氢能转换材料与器件 　 144
6.1 氢能  144
6.1.1 概述  144
6.1.2 氢的基本性质  146
6.1.3 氢的能源特征  148
6.1.4 氢能的应用  149
6.2 氢的制备及纯化  153
6.2.1 电解水制氢  153
6.2.2 光解水制氢  161
6.2.3 光电催化分解水制氢  162
6.2.4 化石能源制氢  163
6.2.5 生物质制氢  164
6.2.6 氢的分离和纯化  164
6.3 氢的存储与输运  165
6.3.1 氢的安全性  165
6.3.2 氢的存储  168
6.3.3 氢的输运  170
6.4 燃料电池  171
6.4.1 燃料电池基础  171
6.4.2 质子交换膜燃料电池  178
6.4.3 直接醇类燃料电池  204
6.4.4 高温质子交换膜燃料电池  208
6.4.5 固体氧化物燃料电池  210
6.4.6 碱性燃料电池  216
6.4.7 磷酸型燃料电池  218
6.4.8 熔融碳酸盐燃料电池  219
第7章　固态电池 　 221
7.1 固态电池简介  221
7.2 固态聚合物电解质  222
7.2.1 简述  222
7.2.2 常见凝胶聚合物电解质  225
7.2.3 聚合物电解质的应用  226
7.3 无机固态电解质  230
7.3.1 无机固态电解质的分类  231
7.3.2 固态电解质的制备方法  233
7.3.3 无机固态电解质的界面问题  238
7.4 固态电池的发展前景  239
第8章 其他新能源技术 　 241
8.1 太阳能  241
8.1.1 太阳能概述  241
8.1.2 太阳能的利用  243
8.1.3 太阳能电池  249
8.1.4 晶体硅太阳能电池材料  253
8.2 生物质能  260
8.2.1 生物质概述  260
8.2.2 我国生物质总量  262
8.2.3 生物质利用技术  263
8.3 核能  265
8.3.1 核能的来源  265
8.3.2 核能的优势及用途  266
8.3.3 核废物处理与安全  267
8.4 风能  268
8.4.1 风能的发展历程  268
8.4.2 风能的利用形式  269
8.5 可燃冰  271
8.5.1 可燃冰的性质  271
8.5.2 可燃冰的开采技术  271
8.5.3 我国可燃冰的现状与发展  273
第9章 新能源材料制备及测试技术 　 275
9.1 材料制备技术概述  275
9.1.1 沉淀法  276
9.1.2 电化学沉积法  283
9.1.3 水热/溶剂热法  285
9.1.4 溶胶-凝胶法  288
9.1.5 微乳液法  291
9.1.6 固相法  294
9.1.7 化学气相沉积法  296
9.2 钴酸锂的生产工艺  296
9.2.1 主要原料  297
9.2.2 计量配料与混合工序  297
9.2.3 烧结工序  298
9.2.4 后续工序  301
9.2.5 钴酸锂的产品标准  303
9.3 磷酸铁锂的生产工艺  304
9.3.1 磷酸铁前驱体的生产  305
9.3.2 磷酸铁锂的生产  308
9.4 新能源材料表征与性能测试  315
9.4.1 形貌表征  315
9.4.2 结构表征  322
9.4.3 电化学性能测试  328
9.4.4 其他性能测试  335
参考文献  341