《先進能源材料及應用技術》是教育部高等學校材料類專業(yè)教學指導委員會規(guī)劃教材。全書系統(tǒng)構建新能源材料與技術知識體系:首章總述能源發(fā)展史、我國能源現狀和新能源，并詳述能源物理化學基礎理論；主體章節(jié)聚焦鋰/鈉離子電池、多價態(tài)二次電池、氫能儲運、燃料電池、太陽能電池、超級電容器等前沿領域，系統(tǒng)解析各類新能源材料的組成結構、制備工藝與性能調控，同時延伸探討風能、核能、生物質能、頁巖氣能、海洋能、地熱能及其他新興能源技術。
本教材每章后設置“思政研學”特色模塊，通過典型案例將國家戰(zhàn)略導向、行業(yè)發(fā)展趨勢與青年使命擔當有機融入專業(yè)教學,實現價值引領與知識傳授的融合。
本書是高等學校材料類、化工類、能源類等相關專業(yè)的本科和研究生教材，也可供相關技術人員參考。
第1章 能源概述
1.1能量 001
1.2能源發(fā)展史 001
1.3常規(guī)能源 002
1.3.1煤炭 002
1.3.2石油 002
1.3.3天然氣 003
1.3.4水能 004
1.3.5核能 004
1.4中國能源現狀 005
1.5新能源 006
思政研學 007
思考題 007
參考文獻 007
第2章 能源物理化學
2.1能量定律 009
2.1.1能量守恒定律 009
2.1.2能量轉換定律 010
2.1.3能量貶值原理 012
2.2能量儲存技術 012
2.2.1機械能的儲存 013
2.2.2熱能的儲存 014
2.2.3電能的儲存 015
2.2.4化學能的儲存 017
2.3能量的轉換過程 018
2.3.1概述 018
2.3.2化學能轉換為熱能 018
2.3.3熱能轉換為機械能 019
2.3.4機械能轉換為電能 019
2.3.5光能轉換為電能 019
2.3.6化學能轉換為電能 020
2.3.7電能轉換為化學能 020
2.4原電池與電解池 021
2.4.1原電池 021
2.4.2電解池 022
2.4.3界面雙電層 023
2.5電極過程動力學導論 025
2.5.1電極過程動力學的發(fā)展 025
2.5.2電池反應與電極過程 025
2.5.3電荷傳遞過程 027
思政研學 028
思考題 028
參考文獻 028
第3章 鋰/鈉二次電池材料及技術
3.1概述 029
3.2鋰離子電池 029
3.2.1概述 029
3.2.2鋰離子電池結構 029
3.2.3鋰離子電池工作原理 031
3.2.4鋰離子電池正極材料 032
3.2.5鋰離子電池負極材料 040
3.2.6鋰離子電池電解質 050
3.2.7鋰離子電池的發(fā)展現狀和趨勢 054
3.3鋰硫二次電池 055
3.3.1概述 055
3.3.2鋰硫二次電池的基本原理和特點 055
3.3.3鋰硫二次電池的硫正極 056
3.3.4鋰硫二次電池的金屬鋰負極 060
3.3.5鋰硫二次電池電解質 063
3.3.6鋰硫二次電池隔膜 065
3.3.7鋰硫二次電池面臨的問題 066
3.3.8鋰硫二次電池的發(fā)展現狀和趨勢 067
3.4鈉離子電池 067
3.4.1概述 067
3.4.2鈉離子電池的工作原理 068
3.4.3鈉離子電池負極材料 068
3.4.4鈉離子電池正極材料 072
3.4.5鈉離子電池電解質 077
3.4.6鈉離子電池隔膜材料 078
3.4.7鈉離子電池的發(fā)展現狀和趨勢 078
思政研學 078
思考題 079
參考文獻 079
第4章 多價態(tài)二次離子電池材料及技術
4.1鎂離子電池 081
4.1.1概述 081
4.1.2鎂離子電池的結構及工作原理 081
4.1.3鎂離子電池負極材料 082
4.1.4鎂離子電池正極材料 083
4.1.5鎂離子電池電解液 086
4.1.6鎂離子電池的發(fā)展現狀和趨勢 088
4.2鋁離子電池 088
4.2.1概述 088
4.2.2鋁離子電池工作原理 090
4.2.3鋁離子電池正極材料 090
4.2.4鋁離子電池負極材料 092
4.2.5鋁離子電池電解質 093
4.2.6鋁離子電池的發(fā)展現狀和趨勢 093
4.3鋅空氣電池 094
4.3.1鋅空氣電池的基本結構 094
4.3.2鋅空氣電池工作原理 095
4.3.3鋅空氣電池正極材料 095
4.3.4鋅空氣電池負極材料 096
4.3.5鋅空氣電池電解液 097
4.3.6鋅空氣電池存在問題 097
4.3.7鋅空氣電池的發(fā)展現狀和趨勢 098
4.4液流電池 098
4.4.1概述 099
4.4.2液流電池工作原理 099
4.4.3液流電池的重要組成構件 100
4.4.4液流電池的特點 101
4.4.5液流電池的發(fā)展現狀和趨勢 101
思政研學 102
思考題 102
參考文獻 103
第5章 氫能與儲氫材料
5.1概述 104
5.2氫的基本性質 104
5.2.1氫元素 104
5.2.2氫分子 105
5.2.3氫能 106
5.3氫能的意義 108
5.4氫能開發(fā)進展 110
5.4.1氫能發(fā)展史 110
5.4.2中國氫能發(fā)展現狀 110
5.5制氫工藝與技術 111
5.5.1傳統(tǒng)能源制氫 111
5.5.2可再生能源制氫 115
5.5.3生物質制氫 120
5.5.4水電解制氫 123
5.5.5我國制氫現狀 124
5.6氫的純化 125
5.7氫的存儲 126
5.7.1高壓儲氫 126
5.7.2液態(tài)儲氫 127
5.7.3固態(tài)儲氫 128
5.8儲氫材料與制備方法 128
5.8.1儲氫材料 128
5.8.2儲氫材料的制備方法 138
5.9儲氫容器 138
5.10加氫站 140
5.10.1以天然氣為原料的加氫站結構 140
5.10.2以水為原料的加氫站結構 143
5.10.3加氫站安全 143
5.11未來氫能發(fā)展趨勢 144
思政研學 145
思考題 145
參考文獻 146
第6章 燃料電池材料及技術
6.1概述 147
6.2燃料電池分類 152
6.3質子交換膜燃料電池 154
6.3.1質子交換膜燃料電池工作原理 154
6.3.2質子交換膜燃料電池關鍵材料與零部件 155
6.3.3質子交換膜燃料電池電堆 161
6.3.4質子交換膜燃料電池性能的影響因素 161
6.4堿性燃料電池 162
6.4.1堿性燃料電池工作原理 162
6.4.2堿性燃料電池的特點 164
6.4.3堿性燃料電池基本結構 164
6.4.4堿性燃料電池催化劑 165
6.5磷酸燃料電池 168
6.5.1磷酸燃料電池工作原理 169
6.5.2磷酸燃料電池的特點 170
6.5.3磷酸燃料電池基本結構 171
6.5.4磷酸燃料電池催化劑 172
6.6熔融碳酸鹽燃料電池 173
6.6.1熔融碳酸鹽燃料電池工作原理 174
6.6.2熔融碳酸鹽燃料電池的特點 175
6.6.3熔融碳酸鹽燃料電池性能的影響因素 176
6.7固體氧化物燃料電池 176
6.7.1固體氧化物燃料電池工作原理 176
6.7.2固體氧化物燃料電池的特點 178
6.7.3固體氧化物燃料電池性能的影響因素 178
6.8直接甲醇燃料電池 179
6.8.1直接甲醇燃料電池工作原理 180
6.8.2直接甲醇燃料電池的特點 181
6.9燃料電池應用 182
6.9.1燃料電池汽車 182
6.9.2家庭用燃料電池 184
6.9.3社區(qū)用熱電聯(lián)供燃料電池電站 185
6.9.4微型燃料電池電源 185
6.10未來燃料電池發(fā)展趨勢 186
思政研學 187
思考題 187
參考文獻 188
第7章 太陽能電池材料及技術
7.1太陽能 189
7.1.1利用太陽能的技術原理 189
7.1.2太陽能的主要分類 189
7.1.3太陽能的基本特點 190
7.2太陽能電池概述 190
7.2.1太陽能電池的發(fā)展概況 190
7.2.2半導體材料和太陽能光電材料 191
7.2.3太陽能電池的分類 193
7.3硅太陽能電池 195
7.3.1硅太陽能電池的工作原理 196
7.3.2提高硅太陽能電池效率的途徑 198
7.3.3高效晶體硅太陽能電池材料 198
7.4化合物半導體太陽能電池 200
7.4.1砷化鎵太陽能電池 200
7.4.2碲化鎘太陽能電池 201
7.4.3銅銦鎵硒太陽能電池 203
7.5染料敏化太陽能電池 206
7.5.1染料敏化太陽能電池的工作原理 207
7.5.2染料敏化太陽能電池的結構 207
7.5.3染料敏化太陽能電池的特點 208
7.6鈣鈦礦太陽能電池 208
7.6.1鈣鈦礦太陽能電池的工作原理 208
7.6.2鈣鈦礦太陽能電池的結構 208
7.6.3鈣鈦礦太陽能電池的特點 209
7.6.4鈣鈦礦光伏產業(yè)化進展和面臨的問題 209
7.7太陽能電池的發(fā)展現狀和趨勢 210
思政研學 211
思考題 212
參考文獻 212
第8章 超級電容器材料及技術
8.1概述 213
8.1.1超級電容器的發(fā)展歷程 213
8.1.2超級電容器簡介 213
8.1.3超級電容器結構 214
8.2超級電容器分類及工作原理 215
8.2.1超級電容器的分類 215
8.2.2雙電層電容器的工作原理 215
8.2.3贗電容器的工作原理 216
8.2.4超級電容器的主要參數 217
8.3超級電容器電極材料 217
8.3.1碳材料 217
8.3.2金屬氧化物 223
8.3.3導電聚合物 226
8.3.4復合電極材料 227
8.4超級電容器電解液 228
8.4.1水系電解液 228
8.4.2有機電解液 229
8.4.3離子液體電解液 229
8.4.4聚合物電解質 230
8.5超級電容器發(fā)展及應用 230
思政研學 232
思考題 232
參考文獻 233
第9章 風能技術
9.1概述 235
9.2風能資源 236
9.2.1風能資源的評估 236
9.2.2風能利用關鍵參數 238
9.2.3風能資源的等級 239
9.2.4風能資源的開發(fā) 240
9.3風力發(fā)電機組的基本結構 241
9.3.1風力發(fā)電機組分類 242
9.3.2葉片 243
9.3.3輪轂 244
9.3.4傳動系統(tǒng) 245
9.3.5塔筒 245
9.3.6基礎結構 246
9.4風力發(fā)電機組基礎理論 249
9.4.1風模型 249
9.4.2塔影效應 250
9.4.3貝茲理論 251
9.4.4動量理論 252
9.4.5葉素理論 254
9.4.6動量葉素理論 255
9.5風電并網 255
9.6風力發(fā)電的發(fā)展現狀和趨勢 257
思政研學 259
思考題 259
參考文獻 260
第10章 核能技術
10.1概述 261
10.2核能利用方式 262
10.2.1核能發(fā)電 262
10.2.2核能供暖 263
10.2.3核能制氫 263
10.2.4核能海水淡化 263
10.2.5核能綜合利用 264
10.3核電站結構 264
10.3.1核反應堆 264
10.3.2壓水堆 265
10.3.3沸水堆 265
10.3.4重水堆 265
10.3.5氣冷堆 266
10.3.6快中子增殖堆 266
10.4核反應及基本原理 267
10.5核燃料 269
10.6核廢料 270
10.7核安全 273
10.8核電的發(fā)展現狀和趨勢 274
思政研學 275
思考題 276
參考文獻 276
第11章 其他新能源材料及技術
11.1生物質能 278
11.1.1概述 278
11.1.2生物質能分類 278
11.1.3生物質能的特點 279
11.1.4生物質能轉換技術 280
11.1.5生物質能發(fā)電 283
11.1.6我國的生物質能源及產業(yè)現狀 283
11.2頁巖氣技術 285
11.2.1概述 285
11.2.2頁巖氣及開采特點 286
11.2.3頁巖氣勘探開發(fā)流程 288
11.2.4頁巖氣勘探開發(fā)技術 288
11.2.5我國頁巖氣的發(fā)展現狀和趨勢 291
11.3海洋能技術 291
11.3.1潮汐能 292
11.3.2波浪能 293
11.3.3溫差能 294
11.3.4鹽差能 296
11.3.5海流能 298
11.3.6我國海洋能的發(fā)展現狀和趨勢 300
11.4地熱能 301
11.4.1概述 301
11.4.2世界地熱資源分布 301
11.4.3地熱發(fā)電 302
11.4.4地熱難題及解決方案 304
11.4.5地熱開采對環(huán)境的影響 305
11.4.6地熱能利用現狀及前景 306
思政研學 307
思考題 307
參考文獻 308
附錄 思政素材（數字化內容）
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