先进储能材料与器件

第1章能源及纳米科学001 1.1能源001 1.1.1能源分类001 1.1.2能源基础006 1.1.3能量储存技术009 1.2纳米科技012 1.2.1纳米科技概述012 1.2.2纳米科技发展与展望016 习题019 第2章电介质储能材料与器件020 2.1电介质物理基础020 2.1.1原子结构020 2.1.2化学键020 2.1.3能带理论021 2.2电介质极化024 2.2.1电介质分类024 2.2.2电介质极化原理025 2.2.3电介质电容特性033 2.2.4极化率034 2.2.5有效电场及介电常数034 2.3电介质损耗036 2.4电介质的电导040 2.4.1电导机理041 2.4.2气体电介质电导041 2.4.3液体电介质电导042 2.4.4固体电介质电导042 2.5电介质的击穿046 2.5.1概述046 2.5.2击穿过程050 2.5.3击穿分类056 2.6电介质储能材料056 2.6.1概述056 2.6.2陶瓷电介质材料058 2.6.3全有机电介质材料059 2.6.4导电颗粒/聚合物复合电介质材料062 2.6.5陶瓷颗粒/聚合物复合电介质材料063 2.6.6不同维度颗粒/聚合物复合电介质材料066 2.6.7核壳填料/聚合物复合电介质材料067 2.6.8多层结构复合电介质材料071 2.7电介质储能器件073 2.7.1概述073 2.7.2电容器及工作原理075 2.7.3器件与设备运行076 2.7.4电介质储能器件展望077 习题079 第3章电化学储能材料与器件080 3.1储能电池概述080 3.1.1原电池081 3.1.2电解池083 3.2锂离子电池083 3.3二氧化钛晶体结构表征概述094 3.3.1锐钛矿相二氧化钛095 3.3.2金红石相二氧化钛095 3.3.3板钛矿相二氧化钛096 3.3.4青铜矿相二氧化钛096 3.4离子扩散动力学性能分析096 3.4.1恒流间歇滴定法096 3.4.2恒压间歇滴定法097 3.4.3循环伏安法098 3.4.4电化学阻抗谱法098 3.5电化学超级电容器098 3.5.1超级电容器概述098 3.5.2超级电容器的特点099 3.5.3超级电容器的结构100 3.5.4超级电容器工作原理100 3.5.5超级电容器的发展与应用102 3.6固态电池103 3.6.1概述103 3.6.2固态电池的结构104 3.6.3固态电池工作原理104 3.6.4固态电池电解质105 3.6.5固态电池正极材料106 3.6.6固态电池负极材料106 习题106 第4章太阳能储能材料与器件108 4.1太阳能储能基础108 4.1.1概述108 4.1.2光电转换原理113 4.1.3太阳能电池的结构119 4.1.4太阳能电池组件的封装129 4.1.5太阳能电池的主要技术参数132 4.1.6影响电池效率的一些因素134 4.2太阳能电池材料135 4.2.1硅太阳能电池135 4.2.2化合物半导体太阳能电池141 4.2.3染料敏化太阳能电池144 4.2.4有机薄膜太阳能电池144 4.2.5钙钛矿太阳能电池145 4.3太阳能能量转换技术及应用150 4.3.1太阳能光伏发电技术150 4.3.2太阳能光热发电技术159 4.3.3光伏系统及应用161 4.3.4太阳能热电站的发展162 4.3.5太阳能发电站的发展163 习题163 第5章氢能储能材料与器件164 5.1氢能源制备164 5.1.1化石燃料制氢164 5.1.2生物及生物质制氢165 5.1.3太阳能光解水制氢169 5.1.4电解水制氢171 5.2氢能源储存技术174 5.2.1气态储氢174 5.2.2液态储氢175 5.2.3固态储氢材料176 5.3储氢材料与制备方法177 5.3.1碳基多孔材料177 5.3.2金属有机物多孔材料179 5.3.3金属氢化物储氢材料181 5.3.4配位氢化物储氢材料183 5.4氢能的应用183 5.4.1燃料电池183 5.4.2氢冶金191 习题192 第6章其他能源转换与存储技术194 6.1生物质能转换技术194 6.1.1概述194 6.1.2生物质能分类196 6.1.3生物质能的转换技术197 6.1.4生物质能的应用201 6.2风能转换与存储技术201 6.2.1概述201 6.2.2风能利用技术202 6.2.3风力发电系统205 6.2.4风能的应用与发展208 6.3海洋能转换与存储技术212 6.3.1概述212 6.3.2潮汐能发电技术214 6.3.3波浪能发电技术215 6.3.4温差能发电技术217 6.3.5盐差能发电技术218 6.4核能转换与存储技术220 6.4.1概述220 6.4.2核能发电技术226 6.4.3核能的应用及发展233 6.5地热能转换与存储技术238 6.5.1概述238 6.5.2地热发电技术240 6.5.3地热能的应用247 习题248 第7章纳米材料与纳米技术250 7.1纳米材料250 7.1.1纳米材料定义250 7.1.2纳米材料分类251 7.1.3纳米结构253 7.2纳米材料基本理论254 7.2.1电子能级不连续性和表面效应254 7.2.2量子尺寸效应和小尺寸效应256 7.2.3宏观量子隧道效应257 7.2.4库仑堵塞与量子隧穿258 7.2.5介电限域效应258 7.3纳米材料理化特性259 7.3.1特殊的力学、热学、磁学、光学性质259 7.3.2表面活性与敏感特性264 7.3.3光催化性能264 7.4纳米技术265 7.4.1国内外纳米技术的发展265 7.4.2纳米技术的应用269 习题271 第8章纳米材料的制备与表征技术273 8.1纳米材料的制备273 8.1.1纳米材料制备简介273 8.1.2纳米粉末的制备274 8.1.3纳米薄膜的制备294 8.1.4纳米块体材料的制备及性能297 8.1.5纳米结构构筑297 8.2纳米材料表征技术300 8.2.1纳米检测技术300 8.2.2纳米表征方法308 习题317 第9章纳米材料的应用与纳米器件319 9.1纳米材料的应用319 9.1.1几种碳纳米材料319 9.1.2几种常见的光触媒329 9.1.3纳米材料的应用实例330 9.2纳米器件333 9.2.1固态纳米电子器件333 9.2.2分子电子器件345 9.2.3纳米光电器件352 9.2.4纳米磁性器件359 9.2.5关于纳米器件方面的职业生涯规划364 习题368 第10章实验设计370 10.1实验一锂离子电池纳米电极材料制备、材料表征及制作370 10.2实验二薄膜电容器聚合物电介质材料的制备及表征372 10.3实验三PVDF淬火介质材料测试训练374 10.4实验四新型储能器件设计训练375 附录各储能技术示意图377 参考文献381