金属空气电池/电化学科学与工程技术丛书

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