包邮能量转化与存储原理(李美成)

内容简介

《能量转化与存储原理》是教育部高等学校材料类专业教学指导委员会规划教材，同时也是战略性新兴领域“十四五”高等教育教材体系建设团队项目的核心教材之一。书中针对新能源相关专业学科交叉性强的特点，对能量转化和能量存储的物理基础进行了梳理和凝练；结合新能源领域的前沿进展，全面深入地阐述了光能转化原理与过程、热能转化原理与过程、化学能转化原理与过程、化学储能原理、物理储能原理以及其他能量转化及存储原理，介绍了相关过程中用到的关键材料和工艺技术。鉴于能量转化与存储过程中能源管理的重要性，教材涵盖了能源系统能量管理原理与技术方面的知识。 本书是高等院校新能源材料与器件、新能源科学与工程、储能科学与工程等新能源相关专业本科生、研究生的教材或参考书；同时，也可以作为光伏器件、储能器件、能源管理等相关技术领域从业人员的参考书。

前言

能源是经济社会发展的重要物质基础和动力源泉，也是推进“双碳目标实现”的主战场。“双碳”背景下，大力发展新能源是保障能源安全和推进能源绿色转型的必由之路。以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴，走出生态优先、绿色低碳的高质量发展道路，需要加快推进能源生产和消费革命，全面构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系。大力发展新能源也是应对我国能源发展、低碳转型所面临一系列挑战的出路。<p>能源是经济社会发展的重要物质基础和动力源泉，也是推进“双碳目标实现”的主战场。“双碳”背景下，大力发展新能源是保障能源安全和推进能源绿色转型的必由之路。以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴，走出生态优先、绿色低碳的高质量发展道路，需要加快推进能源生产和消费革命，全面构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系。大力发展新能源也是应对我国能源发展、低碳转型所面临一系列挑战的出路。<br />“教育、科技、人才是中国式现代化的基础性、战略性支撑。必须深入实施科教兴国战略、人才强国战略创新驱动发展战略，统筹推进教育科技人才体制机制一体改革，健全新型举国体制，提升国家创新体系整体效能。”高等教育是教育、科技、人才的关键联结点和集中交汇处，是基础研究的主力军、重大科技突破的策源地，是建设教育强国的引领者。2009年，向全国高校征集服务国家战略性新兴产业的新专业设立方案，并通过战略性新兴产业相关专业教指委专家评审会议和学科发展与专业设置专家委员会特别会议的评议，2010年新设置了“新能源材料与器件”和“新能源科学与工程”等战略性新兴产业相关本科专业。随着新能源的规模化发展，新型能源体系急需储能技术，、国家发展和改革委员会、国家能源局联合制定《储能技术专业学科发展行动计划（2020—2024年）》，“储能科学与工程”专业也被列入2019年度普通高等学校本科专业目录。近年来，百余所高等学校开设了新能源和储能方面本科专业，并增设了新能源相关的硕士点和博士点。我国高等学校正在努力培养具有专业学识和创新能力的创新型人才，新能源领域的“专精特新”人才是新能源行业高质量发展的重要动力源。大力培养具备卓越工程师技术技能的应用型人才，培养具有国际视野和市场洞察力的复合型人才，可为发展新能源领域新质生产力提供强有力的人才支撑。<br />新能源相关学科是典型的交叉学科，涉及物理、电子、机械、材料、化学、电气、控制、动力等多个传统学科，新能源专业人才的培养面临巨大的困难和挑战。华北电力大学新能源学院经过17年的探索，凝练出围绕新能源的能量捕获、转化、存储、综合利用这一链条，聚焦能量转化、能量存储与能量控制和管理等过程中的科学和技术问题，开展新能源基础理论、关键技术和核心器件装备的教学和科研工作，凝练出新能源专业的内涵，打造了新能源交叉学科的知识体系。本书主要阐述能量转化与存储的共性原理，从电子、离子、分子以及能级、界面等能量载体阐明能量的时间和空间转移过程，有效地将传统物理、化学、能源动力、电气、控制等学科中与新能源能量转化与存储相关的基本原理汇聚凝练，既能成为新能源技术开发的基础，也能用有限的篇幅和学时完成基本理论的积累和掌握。2021年，《能量转化与存储原理》被评为高等学校材料类专业教学指导委员会规划教材，2023年，《能量转化与存储原理》被列入战略性新兴领域“十四五”高等教育教材体系建设团队项目。建立了新能源技术虚拟教研室，组建了国内外**学者领衔的高水平教材编写团队，完成对本核心教材知识图谱建设、实验实践项目建设、数字资源建设等工作。<br />针对新能源专业学科交叉的特点，《能量转化与存储原理》注重知识体系的清晰完整性，简明且系统地介绍新能源技术所涉及的必要和关键的物理化学基础知识；结合代表性能源转换与存储器件，全面梳理各类能量转化与存储技术相关的原理和过程，并介绍各类技术的现状和前沿发展趋势。同时，鉴于智慧能源管理在新能源开发利用中的重要性，本书还涵盖了能量管理原理与技术方面的知识。该书旨在面向新能源专业人才培养，建立一个完整的、清晰的能量转化与存储原理的知识体系，尽可能让学生通过一本教材的学习能够系统、全面地掌握能量转化与存储相关的基础理论、原理和代表性技术。<br />本书共分为10章，第1章由华北电力大学李美成、樊冰冰和吕小军编写，第2章由华北电力大学李英峰、李美成编写，第3章由华北电力大学李英峰、巨星和西南石油大学周莹、唐春编写，第4章由华北电力大学巨星编写，第5章由合肥工业大学朱继平编写，第6章由华北电力大学姜冰、刘乐浩和东南大学吴宇平以及中国石油大学（北京）刘道庆编写，第7章由北京理工大学苏岳锋和华北电力大学巨星、吕小军编写，第8章由北京理工大学苏岳锋、武汉理工大学沈杰和华北电力大学李海方编写，第9章由华北电力大学张妍、王龙泽和胡俊杰编写，第10章由华北电力大学褚立华、李美成等编写。本书编写过程中还得到了北京理工大学张加涛、刘佳和陈来老师，华北电力大学何少剑、段志强、孙健、黄浩、仇恒伟、贾东霖、顾佳男和孙鑫老师，以及许多研究生在资料收集、整理以及格式方面的帮助。<br />该书的各章作者基本上都是在每章相关领域耕耘多年的科研和教学人员，各章内容体现了作者的亲身体会。对能量转化与存储原理知识体系的全面梳理，对相关物理化学基础的凝练以及各章作者对相关内容的独特见解是该书与其他新能源类书籍的一个主要区别。<br />相信本书的出版将对新能源行业的发展和高级专业人才的培养起到重要的推动作用。由于水平有限，本书难免有疏漏之处，恳请专家和读者批评指正，以便在后续修订再版中借鉴和改进。</p> <p>编者<br />2024年6月</p>

作者简介

李美成，华北电力大学教授，长江特聘教授、国家科技部创新领军人才，教指委委员，科技委委员、享受国务院政府特殊津贴。新能源学院院长，国家重大科技基础设施办公室常务副主任，新能源材料与器件技术研究中心主任，国家一*流专业“双万专业”负责人。曾于2004-2006年期间在英国剑桥大学进行访问研究。入选“新世纪优秀人才”、北京市“百名科技领军”人才、科技部创新人才推进计划“科技创新人才”。主要从事新能源与储能工程的教学科研工作。主持国家自然科学基金重大研究计划、重点项目、“863”计划、国家重点研发计划课题等项目，以独立通讯作者在Nature Energy、Joule、Progress in Materials Science、Advanced Materials等期刊发表论文300余篇；获中国和美国专利授权60项，中英文编著8本。第*一完成人获黑龙江省自然科学一等奖、自然科学二等奖、国家教学成果二等奖、北京市教学成果一等奖等科研和教学奖励10余项，获“电力科技创新奖”特等奖、中国可再生能源学会技术发明一等奖。入选美国斯坦福大学发布的全球前2%顶*尖科学家榜单，获国际先进材料协会2021年奖章（IAAM Medal）。担任国家科技奖会评专家、基金委会评专家、科技部重点研发计划会评专家等。多次作为大会主席、副主席组织国内外学术会议等。担任IEEE PES储能材料与器件技术分委会主席，中国可再生能源学会常务理事、光伏专委会副主任，中国能源研究会智慧能源与零碳化专委会副主任，中国高科技产业化研究会新能源与碳中和专委会主任等。IET Renewable Power Generation、CSEE Journal of Power and Energy Systems、Carbon Energy、Energy Materials、Journal of Materiomics、《中国电力》、《储能科学与技术》、《新能源进展》期刊编委。

李美成，华北电力大学教授，长江特聘教授、国家科技部创新领军人才，教指委委员，科技委委员、享受国务院政府特殊津贴。新能源学院院长，国家重大科技基础设施办公室常务副主任，新能源材料与器件技术研究中心主任，国家一*流专业“双万专业”负责人。曾于2004-2006年期间在英国剑桥大学进行访问研究。入选“新世纪优秀人才”、北京市“百名科技领军”人才、科技部创新人才推进计划“科技创新人才”。主要从事新能源与储能工程的教学科研工作。主持国家自然科学基金重大研究计划、重点项目、“863”计划、国家重点研发计划课题等项目，以独立通讯作者在Nature Energy、Joule、Progress in Materials Science、Advanced Materials等期刊发表论文300余篇；获中国和美国专利授权60项，中英文编著8本。第*一完成人获黑龙江省自然科学一等奖、自然科学二等奖、国家教学成果二等奖、北京市教学成果一等奖等科研和教学奖励10余项，获“电力科技创新奖”特等奖、中国可再生能源学会技术发明一等奖。入选美国斯坦福大学发布的全球前2%顶*尖科学家榜单，获国际先进材料协会2021年奖章（IAAM Medal）。担任国家科技奖会评专家、基金委会评专家、科技部重点研发计划会评专家等。多次作为大会主席、副主席组织国内外学术会议等。担任IEEE PES储能材料与器件技术分委会主席，中国可再生能源学会常务理事、光伏专委会副主任，中国能源研究会智慧能源与零碳化专委会副主任，中国高科技产业化研究会新能源与碳中和专委会主任等。IET Renewable Power Generation、CSEE Journal of Power and Energy Systems、Carbon Energy、Energy Materials、Journal of Materiomics、《中国电力》、《储能科学与技术》、《新能源进展》期刊编委。