新能源材料與應(yīng)用

第1章　新能源材料的電化學(xué)基礎(chǔ)  001 
1.1　電化學(xué)基本概念及電解質(zhì)溶液 001 
1.1.1　電化學(xué)定義及研究對象 001 
1.1.2　化學(xué)電池 002 
1.1.3　法拉第定律 004 
1.1.4　兩類導(dǎo)體 005 
1.1.5　離子的電遷移和遷移數(shù) 007 
1.1.6　電導(dǎo) 010 
1.1.7　強電解質(zhì)溶液理論簡介 012 
1.2　可逆電池的電動勢及其應(yīng)用 015 
1.2.1　可逆電池與可逆電極 015 
1.2.2　電極電勢產(chǎn)生的機理 016 
1.2.3　電極電勢和電池電動勢 018 
1.2.4　自由能與電池電動勢 021 
1.2.5　能斯特方程 022 
1.2.6　濃差電池和液體接界電勢 025 
1.3　電極反應(yīng)動力學(xué) 026 
1.3.1　電解與極化作用 027 
1.3.2　電極反應(yīng) 031 
1.3.3　“電極/ 溶液”界面附近液相中的傳質(zhì)過程 033 
1.3.4　電化學(xué)步驟的動力學(xué) 035 
參考文獻 037 
第2章　鋰離子電池材料  038
2.1　概述 038 
2.2　鋰離子電池工作原理 038 
2.2.1　鋰離子電池的組成 038 
2.2.2　鋰離子電池工作原理概述 040 
2.2.3　鋰離子電池的特點 041 
2.3　鋰離子電池正極材料 041 
2.3.1　概述 041 
2.3.2　LiCoO2 正極材料 044 
2.3.3　LiNiO2 正極材料 045 
2.3.4　LiMnO2 正極材料 046 
2.3.5　LiMn2O4 正極材料 047 
2.3.6　LiFePO4 正極材料 048 
2.3.7　LiNixCoyMn1-x-yO2 正極材料 051 
2.3.8　LiNi1/2 Mn1/2 O2 正極材料 052 
2.3.9　富鋰錳基正極材料 052 
2.3.10　正極材料的改性 053 
2.4　負極材料 056 
2.4.1　金屬鋰負極材料 056 
2.4.2　石墨基復(fù)合材料 056 
2.4.3　硅基復(fù)合材料 057 
2.4.4　Li4Ti5O12 負極材料 059 
2.4.5　金屬氧化物負極材料 059 
2.4.6　硫化物負極材料 060 
2.5　電解質(zhì)材料 061 
2.5.1　非水有機液體電解質(zhì) 061 
2.5.2　聚合物電解質(zhì) 064 
2.5.3　離子液體電解質(zhì) 066 
2.6　隔膜材料 067 
參考文獻 070 
第3章　鈉離子電池  075
3.1　鈉離子電池概述 075 
3.1.1　概述 075 
3.1.2　鈉離子電池的發(fā)展歷程 076 
3.1.3　鈉離子電池的結(jié)構(gòu)與工作原理 077 
3.2　鈉離子電池正極材料 078 
3.2.1　概述 078 
3.2.2　過渡金屬氧化物 080 
3.2.3　聚陰離子化合物 085 
3.2.4　普魯士藍類化合物 089 
3.2.5　有機化合物 091 
3.3　鈉離子電池負極材料 091 
3.3.1　概述 091 
3.3.2　碳基負極材料 093 
3.3.3　合金類負極材料 097 
3.3.4　金屬化合物類負極材料 098 
3.3.5　有機化合物類負極材料 101 
3.4　鈉離子電池電解液 102 
3.4.1　概述 102 
3.4.2　有機溶劑 103 
3.4.3　電解質(zhì)鹽 106 
3.4.4　電解液添加劑 108 
3.5　新型鈉離子電池 109 
3.5.1　全固態(tài)鈉離子電池及鈉離子固態(tài)電解質(zhì) 109 
3.5.2　鈉硫電池 114 
參考文獻 118 
第4章　鋰硫電池  123
4.1　鋰硫電池電化學(xué)反應(yīng) 123 
4.2　復(fù)合正極材料體系 125 
4.2.1　碳材料復(fù)合體系 125 
4.2.2　聚合物復(fù)合體系 132 
4.2.3　金屬化合物復(fù)合體系 133 
4.3　復(fù)合電解質(zhì)體系 143 
4.3.1　液態(tài)電解質(zhì) 144 
4.3.2　聚合物電解質(zhì)體系 146 
4.3.3　無機固態(tài)體系 146 
4.3.4　電解質(zhì)體系復(fù)合 147 
4.4　復(fù)合負極材料體系 148 
4.4.1　純金屬鋰 149 
4.4.2　納米結(jié)構(gòu)金屬鋰 149 
4.4.3　添加劑保護金屬鋰 149 
4.4.4　人工固態(tài)電解質(zhì)界面層保護金屬鋰 149 
4.5　特殊構(gòu)型鋰硫電池與柔性鋰硫電池 150 
4.5.1　碳基柔性體系 150 
4.5.2　聚合物基柔性體系 151 
4.5.3　半固態(tài)柔性體系 152 
4.6　鋰硫電池應(yīng)用探索 152 
4.6.1　宇航衛(wèi)星 152 
4.6.2　無人機 153 
4.6.3　極端低溫電源 154 
4.6.4　電動汽車 154 
4.6.5　智能設(shè)備 154 
4.6.6　軍事用途 155 
4.6.7　規(guī)模儲能 156 
參考文獻 157 
第5章　燃料電池科學(xué)與技術(shù)  161 
5.1　燃料電池簡介 161 
5.1.1　燃料電池發(fā)展歷史 162 
5.1.2　燃料電池的分類 164 
5.2　質(zhì)子交換膜燃料電池 167 
5.2.1　PEMFC工作原理 168 
5.2.2　PEMFC關(guān)鍵材料 169 
5.2.3　PEMFC電堆 172 
5.2.4　PEMFC技術(shù)應(yīng)用 172 
5.3　固體氧化物燃料電池 173 
5.3.1　SOFC工作原理 174 
5.3.2　SOFC關(guān)鍵材料 174 
5.3.3　SOFC電堆 182 
5.3.4　SOFC技術(shù)應(yīng)用 183 
參考文獻 184 
第6章　超級電容器  186 
6.1　概述 186 
6.2　超級電容器原理 187 
6.2.1　雙電層超級電容器 188 
6.2.2　贗電容對稱型超級電容器 191 
6.2.3　混合型超級電容器 196 
6.3　雙電層超級電容器用碳材料 206 
6.3.1　圓柱狀孔隙模型 206 
6.3.2　物理活化椰殼超容碳 214 
6.3.3　堿活化超容碳 216 
6.3.4　離子液體海綿碳 217 
6.4　超級電容器的制造 219 
6.4.1　濕法電極 219 
6.4.2　干法電極 221 
6.4.3　電解液225 
6.4.4　隔膜 228 
6.4.5　超級電容器單體和應(yīng)用 229 
參考文獻 233 
第7章　固體材料表征技術(shù)  238
7.1　X射線衍射分析 238 
7.1.1　X射線衍射分析簡述 238 
7.1.2　X射線衍射結(jié)構(gòu)精修 240 
7.1.3　原位X 射線衍射分析 243 
7.1.4　擴展X 射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜分析 243 
7.2　電子顯微技術(shù) 244 
7.2.1　掃描電子顯微鏡 245 
7.2.2　透射電子顯微鏡 247 
7.2.3　聚焦離子束技術(shù) 249 
7.2.4　掃描透射電子顯微鏡 251 
7.3　掃描微探針技術(shù) 253 
7.3.1　掃描隧道顯微鏡 254 
7.3.2　原子力顯微鏡 255 
7.4　光譜分析技術(shù) 257 
7.4.1　紅外光譜分析 257 
7.4.2　拉曼光譜分析 259 
7.4.3　原子吸收光譜 261 
7.4.4　核磁共振波譜技術(shù) 262 
7.4.5　電子順磁共振 264 
7.5　能譜分析技術(shù) 266 
7.5.1　X射線光電子能譜 266 
7.5.2　能量色散譜儀 268 
7.5.3　俄歇電子能譜儀 269 
7.6　質(zhì)譜技術(shù) 270 
7.6.1　電感耦合等離子體 270 
7.6.2　微分電化學(xué)質(zhì)譜 271 
7.7　熱分析技術(shù) 272 
7.7.1　熱重分析 273 
7.7.2　差熱分析 274 
7.7.3　示差掃描量熱分析 276 
參考文獻 277