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定 價：238 元
- 作者：楊全紅
- 出版時間：2021/7/1
- ISBN：9787562864073
- 出 版 社：華東理工大學出版社
- 中圖法分類：O6
- 頁碼：
- 紙張：膠版紙
- 版次：
- 開本：16開
本書圍繞石墨烯在電化學儲能技術(shù)中的應用,重點對超級電容器、鋰離子電池、鋰硫電池等電化學儲能器件中涉及的石墨烯基材料進行了介紹,系統(tǒng)闡述了石墨烯在多種電化學儲能器件中的角色及功能,給出了一系列石墨烯應用于電化學儲能器件的方法、策略和實例。本書共九章,1章為緒論,主要闡述了電化學儲能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及石墨烯應用于電化學儲能領(lǐng)域的潛力。第2~6 章分別針對不同的電化學儲能器件(超級電容器、鋰離子電池、鋰硫電池、鋰空氣電池、鈉離子電池)系統(tǒng)闡述石墨烯在其中扮演的角色以及電化學儲能用石墨烯基材料的設計策略。第7、8章進一步將石墨烯基材料的設計策略拓展到新型儲能技術(shù)體系,包括鋰金屬負極等其他電化學儲能器件的設計和應用。第9章對石墨烯應用于電化學儲能器件的發(fā)展機遇和面臨的挑戰(zhàn)做了系統(tǒng)評述。
石墨烯是碳的同素異形體大家族的又一個傳奇，也是當今橫跨學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的超級明星，幾乎到了家喻戶曉、婦孺皆知的程度。當然，石墨烯是當之無愧的。作為由單層碳原子構(gòu)成的蜂窩狀二維原子晶體材料，石墨烯擁有無與倫比的特性。理論上講，它是導電性和導熱性較好的材料，也是理想的輕質(zhì)高強材料。正因如此，一經(jīng)問世便吸引了全球范圍的關(guān)注。石墨烯有可能創(chuàng)造一個全新的產(chǎn)業(yè)，石墨烯產(chǎn)業(yè)將成為未來全球高科技產(chǎn)業(yè)競爭的高地，這一點已經(jīng)成為國內(nèi)外學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共識。從2004年至今，已經(jīng)有了近十六年的歷史沉淀。無論是石墨烯的基礎(chǔ)研究，還是石墨烯材料的產(chǎn)業(yè)化實踐，人們都有了更多的一手材料，更有可能對石墨烯材料有一個全方位套叢書出的、科學的、理性的認識。總結(jié)歷史，是為了更好地走向未來。對于新興的石墨烯產(chǎn)業(yè)來說，戰(zhàn)略前沿新材料石墨烯出版工程的出版意義也是不言而喻的。事實上，國內(nèi)外已經(jīng)出版了數(shù)十部石墨烯相關(guān)書籍，其中不乏經(jīng)典性著作。本叢書的定位有所不同，希望能夠全面總結(jié)石墨烯相關(guān)的知識積累，反映石墨烯領(lǐng)域的國內(nèi)外前沿研究進展，展示石墨烯新材料的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀與發(fā)展前景，尤其希望能夠充分體現(xiàn)國人對石墨烯領(lǐng)域的貢獻。本叢書共包括22分冊，執(zhí)筆作者20余位，都是石墨烯領(lǐng)域的重量級學者、專家，因此可以從源頭上保障叢書的專業(yè)性和科學性。叢書分五大部分，囊括了從石墨烯的基本性質(zhì)和表征技術(shù)，到石墨烯材料的制備方法及其在不同領(lǐng)域的應用，以及石墨烯產(chǎn)品的計量檢測標準等全方位的知識總結(jié)。同時，兩份產(chǎn)業(yè)研究報告詳細闡述了世界各國的石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢。除此之外，叢書還為廣大石墨烯迷們提供了一份科普讀物《有問必答：石墨烯的魅力》，針對廣泛征集到的石墨烯相關(guān)問題答疑解惑，去偽求真。本叢書的內(nèi)容涵蓋石墨烯新材料的方方面面，每個分冊也相對獨立，具有很強的系統(tǒng)性、知識性、專業(yè)性和即時性，凝聚著各位作者的研究心得、智慧和心血，供不同需求的廣大讀者參考使用。希望叢書的出版對中國的石墨烯研究和中國石墨烯產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展有所助益。
2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060 年前實現(xiàn)碳中和,中國向世界發(fā)出時代強音!隨著可再生能源的高效使用、電動汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展以及智能電網(wǎng)的大規(guī)模建設,安全、高效的電化學儲能技術(shù)成為新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的引擎和重要載體。新材料的不斷涌現(xiàn)使得儲能技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。但更輕、更快、更小、更安全、更長效,是電化學儲能技術(shù)永恒的追求,新能源產(chǎn)業(yè)對于新材料的渴求也是無極限的! 石墨烯作為一種新型碳納米材料,已在信息、催化、儲能等領(lǐng)域顯示出巨大的應用潛力。碳材料是電化學儲能中的關(guān)鍵材料,在幾乎每一種電化學儲能器件的發(fā)展歷程中都扮演了極其重要的角色;作為一種完美的碳材料,石墨烯物理結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、比表面積大、導電性能良好,對大多數(shù)電化學儲能器件來說,是一種堪稱完美的材料可以從多方面大幅提升現(xiàn)有器件的性能,是石墨烯實用化進程中非常重要的一環(huán)。因此,在石墨烯研發(fā)的熱潮中,電化學儲能自然成為較熱的領(lǐng)域之一。石墨烯儲能的論文數(shù)量巨大,相比之下其產(chǎn)業(yè)化應用卻進展緩慢;石墨烯電池的噱頭效應也讓大家對石墨烯用于電化學儲能的真正意義以及實用化前景充滿了疑慮。筆者團隊(NanoYangGroup)一直從事碳功能材料研究,近10 余年來致力于石墨烯可控制備、界面組裝和儲能應用研究。始終堅持石墨烯研究的群眾路線從碳中來(石墨烯是極限結(jié)構(gòu)的碳材料),到碳中去(石墨烯是碳材料的基本構(gòu)成單元),倡導用石墨烯解決碳材料做不好或做不了的事情。具體到電化學儲能應用,定位石墨烯的角色是解決傳統(tǒng)碳材料和納米材料難以解決的瓶頸問題;倡導石墨烯 的理念,不是要改變(原理),而是要提升(性能,或許是數(shù)量級的提升)! 做碳材料做不好的事情率先將石墨烯用于鋰電池導電劑, 單層碳片層至柔至薄的特征將不貢獻容量的碳導電劑用量降至較低;做碳材料做不了的事情發(fā)明石墨烯致密組裝策略,構(gòu)建高密多孔碳實現(xiàn)致密儲能,大幅提高鋰電池和超級電容器體積能量密度,解決電化學儲能空間焦慮�；诠P者團隊耕耘石墨烯電化學儲能13年的研究實踐和對該領(lǐng)域的理解,圍繞石墨烯在電化學儲能技術(shù)中的應用,本書對鋰離子電池、鋰硫電池、超級電容器等電化學儲能器件中涉及的石墨烯基材料進行了介紹,系統(tǒng)闡述了石墨烯在多種電化學儲能器件中的角色及功能,給出了一系列石墨烯應用于電化學儲能器件的方法、策略和實例。本書共九章,1章為緒論,闡述了電化學儲能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及石墨烯應用于電化學儲能器件的潛力和挑戰(zhàn)。第2~6 章分別針對不同的電化學儲能器件(超級電容器、鋰離子電池、鋰硫電池、鋰空氣電池、鈉離子電池等),系統(tǒng)闡述石墨烯的功能以及電化學儲能用石墨烯基材料的設計策略。第7、8章進一步將石墨烯基材料的設計策略拓展到新型儲能技術(shù)體系,包括鋰金屬負極等其他電化學儲能器件的設計和應用。第9 章對石墨烯應用于電化學儲能器件的發(fā)展趨勢和面臨的挑戰(zhàn)做了系統(tǒng)評述和展望。楊全紅負責本書整體構(gòu)思、框架構(gòu)建、前言展望撰寫及全文定稿修改,孔德斌和呂偉負責書稿的統(tǒng)籌撰寫和修改工作,NanoYang團隊的30余名新老隊友(詳見編委會組成)參與本書的初稿撰寫。書中的很多研究進展來自10余年中40余位博、碩士研究生的論文工作及多位博士后的研究工作,在此向每一位NanoYanger表示誠摯的感謝! 同時衷心感謝國家自然科學基金委、科技部(國家重大科學研究計劃)、天津市和深圳市科技主管部門、合作企業(yè)多年來對相關(guān)研究的持續(xù)資助和大力支持。本書寫緣起、論進展、想未來,希望能以感性的筆觸、理性的解讀,給同行和讀者盡量準確的信息,將筆者團隊講有趣的故事,做有用的研究的科研信念和儲能的石墨烯 理念傳遞給政產(chǎn)學研商各界,去浮躁、拾信心,努力將石墨烯儲能技術(shù)夢想照進現(xiàn)實!也需要指出,石墨烯 儲能處于快速發(fā)展的階段,書中很多觀點在未來一定會被證明有其歷史局限性,本書寫作初衷是拋磚引玉,給同行和讀者一個思考的原點坐標,冷靜而又熱烈地去思索石墨烯的未來,期待石墨烯 儲能的明天! 限時間維度和作者水平,書中必然存在疏漏和不足之處,敬請各位批評指正!特別感謝過去20余年碳材料研究生涯中,成會明老師、康飛宇老師、日本東北大學京谷隆老師對筆者的教導、幫助和鼓勵! 感謝碳材料研究征途中的每一位老師、同行、朋友! 向親愛的家人,父親、母親、妻子、女兒致以深深的謝意,感謝你們的包容和付出!謹以此文獻給筆者碳材料研究的引路人,王茂章老師!楊全紅2021.2.28于衛(wèi)津園
楊全紅博士，天津大學講席教授、博士生導師，新加坡國立大學（NUS）-天津大學（TJU）福州學院教授、PI，清華-伯克利深圳學院客座教授。國家杰出青年科學基金獲得者、中組部萬人計劃領(lǐng)軍人才、天津市有突出貢獻專家、科睿唯安全球高被引科學家和愛思唯爾中國高被引學者，享受國務院政府特殊津貼。1994 年畢業(yè)于天津大學，1999 年畢業(yè)于中科院煤化所，其后在中科院金屬研究所、法國科研中心、日本東北大學、英國南安普頓大學從事博士后研究。從事碳功能材料、新型二維材料和先進電池研究，在Nature Commun., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Energy Environ. Sci. 等刊物發(fā)表論文200余篇，他人引用 18000 余次，H因子 77。出版石墨烯材料專著《石墨烯：化學剝離與組裝》，擁有中國和國際授權(quán)發(fā)明專利40余項。成果曾獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎（2017）、教育部高等學�？茖W研究優(yōu)秀成果一等獎（2019）、天津市自然科學一等獎（2013）等學術(shù)獎勵。擔任儲能領(lǐng)域知名刊物《Energy Storage Materials》副主編、《Carbon》、《Science China Materials》等10份刊物編委，為《人民日報》等撰寫評論文章。
1章 緒論001
1.1 電化學儲能技術(shù)003
1.1.1 簡介003
1.1.2 電化學儲能面臨的機遇與挑戰(zhàn)004
1.2 石墨烯的發(fā)現(xiàn)與制備006
1.2.1 石墨烯的發(fā)現(xiàn)006
1.2.2 石墨烯的性質(zhì)007
1.2.3 石墨烯的制備技術(shù)008
1.3 生逢其時石墨烯在電化學儲能領(lǐng)域的應用009
1.3.1 碳與石墨烯009
1.3.2 石墨烯用于儲能的研究進展010
1.3.3 石墨烯基材料與電極的組裝策略011
1.3.4 石墨烯的使命012
參考文獻014
第2 章 石墨烯在超級電容器中的應用017
2.1 超級電容器概述019
2.1.1 分類與儲能機理020
2.1.2 應用領(lǐng)域022
2.2 石墨烯基超級電容器的設計023
2.2.1 石墨烯基雙電層電容器023
2.2.2 石墨烯基贗電容器030
2.3 石墨烯作為模板構(gòu)建超電容材料032
2.4 基于石墨烯組裝體的電極材料的構(gòu)建033
2.4.1 一維石墨烯基組裝體034
2.4.2 二維石墨烯基組裝體036
2.4.3 三維石墨烯基組裝體037
2.5 應用前景展望041
參考文獻042
第3 章 石墨烯在鋰離子電池中的應用047
3.1 鋰離子電池簡介049
3.1.1 發(fā)展歷史049
3.1.2 機遇與挑戰(zhàn)051
3.2 鋰離子電池正極052
3.2.1 石墨烯導電添加劑053
3.2.2 石墨烯基復合物作為鋰離子電池正極材料062
3.3 鋰離子電池負極067
3.3.1 石墨烯在鋰離子電池負極中的應用070
3.3.2 石墨烯/非碳復合材料作為鋰離子電池負極073
3.4 其他應用078
3.5 材料設計展望080
參考文獻081
第4 章 石墨烯在鋰硫電池中的應用089
4.1 鋰硫電池簡介091
4.1.1 特點091
4.1.2 工作機理092
4.1.3 面臨的挑戰(zhàn)093
4.2 石墨烯在正極結(jié)構(gòu)設計中的應用094
4.2.1 石墨烯/硫復合正極材料095
4.2.2 石墨烯/硫/碳復合正極098
4.2.3 石墨烯/硫/聚合物復合正極材料100
4.2.4 石墨烯/硫/無機顆粒復合正極材料101
4.2.5 石墨烯/Li2S復合正極材料104
4.3 石墨烯在鋰硫電池隔膜中的應用106
4.3.1 石墨烯及其衍生物修飾隔膜106
4.3.2 石墨烯/碳材料修飾隔膜109
4.3.3 石墨烯/有機物修飾隔膜111
4.3.4 石墨烯/無機物修飾隔膜113
4.4 鋰硫電池催化114
4.4.1 過渡金屬化合物催化劑116
4.4.2 單原子催化劑117
4.4.3 異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化劑119
4.5 結(jié)論與展望120
參考文獻121
第5 章 石墨烯在鋰空氣電池中的應用125
5.1 鋰空氣電池概述127
5.1.1 鋰空氣電池的特點127
5.1.2 鋰空氣電池的工作機理128
5.1.3 鋰空氣電池存在的問題129
5.2 鋰空氣電池正極催化劑材料的研究進展130
5.3 石墨烯在鋰空氣電池電極材料中的應用133
5.3.1 石墨烯基正極催化劑133
5.3.2 石墨烯/其他組分復合材料基正極催化劑139
5.4 應用前景與展望145
參考文獻148
第6 章 石墨烯在鈉離子電池中的應用151
6.1 鈉離子電池技術(shù)概述153
6.2 石墨烯在鈉離子電池電極材料中的應用156
6.2.1 石墨烯用作鈉離子電池負極材料156
6.2.2 石墨烯負極界面優(yōu)化167
6.2.3 石墨烯復合材料用作電極材料170
6.3 石墨烯在鈉金屬負極中的應用193
6.3.1 可加工鈉金屬負極193
6.3.2 鈉空氣電池196
6.3.3 鈉二氧化碳電池198
6.3.4 室溫鈉硫電池200
6.4 鈉離子電池用石墨烯應用展望201
參考文獻202
第7 章 石墨烯在鋰金屬負極中的應用207
7.1 鋰金屬負極概述209
7.1.1 應用前景209
7.1.2 發(fā)展與挑戰(zhàn)209
7.2 石墨烯基鋰金屬負極支架212
7.2.1 大表面積的石墨烯骨架212
7.2.2 改性石墨烯對鋰金屬沉積性能的影響217
7.2.3 石墨烯支架對鋰金屬的機械性能的影響218
7.3 石墨烯基中間功能層221
7.3.1 鋰金屬負極界面保護221
7.3.2 離子濃度調(diào)節(jié)層223
7.4 金屬鋰負極表面封裝225
7.5 應用前景展望226
參考文獻227
第8 章 石墨烯在其他儲能器件中的應用231
8.1 概述233
8.2 混合電容器234
8.2.1 鋰離子電容器234
8.2.2 鈉離子電容器248
8.2.3 其他混合儲能器件254
8.3 雙離子電池256
8.3.1 概述256
8.3.2 石墨烯在雙離子電池中的應用258
8.4 鉛酸蓄電池259
8.4.1 概述259
8.4.2 石墨烯在鉛酸蓄電池中的應用260
8.5 展望262
參考文獻264
第9 章 石墨烯 儲能的機遇和挑戰(zhàn)269
9.1 時代機遇和研發(fā)進展271
9.2 認識誤區(qū)和觀念更正272
9.3 石墨烯 電池(儲能)夢想終將照進現(xiàn)實273
9.3.1 石墨烯做傳統(tǒng)碳材料做不好的事情274
9.3.2 石墨烯做傳統(tǒng)碳材料做不了的事情275
9.3.3 石墨烯儲能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化推進的幾點建議276
索引278
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