《新能源材料》一書全面系統(tǒng)地介紹了當今國內(nèi)外新能源材料領(lǐng)域的研究熱點。全書共11章，主要包括介電儲能陶瓷、二次金屬離子電池材料、質(zhì)子交換膜燃料電池、太陽能電池材料、超級電容器、熱電材料、能源電催化材料、太陽能驅(qū)動的二氧化碳轉(zhuǎn)化、壓電光電子學(xué)及新能源應(yīng)用以及儲氫材料等前沿材料與器件的研究、進展情況和未來發(fā)展趨勢。
本書內(nèi)容豐富，數(shù)據(jù)和理論新穎，結(jié)構(gòu)嚴謹，每章均設(shè)有大量思考題，并附有參考文獻，便于學(xué)生進一步深入學(xué)習(xí)。本書適合作為高等學(xué)校新能源材料與器件、能源、冶金、化學(xué)、化工等專業(yè)本科及研究生教材。此外，本書也是從事新能源、熱電材料、太陽能電池、鋰離子電池、燃料電池、電動汽車、儲能、壓電光電子學(xué)等領(lǐng)域研究與應(yīng)用人員的參考書。
艾桃桃，陜西理工大學(xué)教授，副校長。
科技部國家重點研發(fā)計劃評寶專家，科技部戰(zhàn)略性科技創(chuàng)新合作重點專項評審專家，中國工程院“中國工程科技2040技術(shù)預(yù)見”的調(diào)查評估專家，國家自然科學(xué)基金項目評審專家，教育部人才項目評審專家，重慶市、云南省、武漢市、河南省、廣西、廣東、西藏等省市項目評審專家。現(xiàn)為礦渣綜合利用環(huán)保技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室常務(wù)副主任，陜西省治金渣資源化利用工程技術(shù)研究中心主任，陜西省新型節(jié)能環(huán)保材料工程研究中心常務(wù)副主任，“構(gòu)型材料多功能設(shè)計與制造”陜西省高等學(xué)校重點實驗室主任，陜西省中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，陜西省特支計劃區(qū)域發(fā)展人才，陜西省普通高校首批青年杰出人才，陜西省優(yōu)秀青年科技新星“百名優(yōu)星”。
主要從事先進結(jié)構(gòu)材料構(gòu)型設(shè)計與制造技術(shù)、能源化學(xué)與能源材料、冶礦渣資源創(chuàng)新與利用研究先后榮獲陜西省科學(xué)技術(shù)二等獎2項、三等獎2項，深圳市科技進步二等獎1項，中國輕工業(yè)聯(lián)合會發(fā)明獎三等獎1項，廳局級獎勵20余項。主持完成國家自然科學(xué)基金項目2項，陜西省自然科學(xué)基金重點項目2項、面上項目1項，陜西省青年科技新星項目1項，陜西省教育廳重點實驗室項目1項，陜西省教育廳專項項目2項等。參與國家重點研發(fā)計劃政府間國際科技創(chuàng)新合作重點專項、國家火炬計劃、國家自然科學(xué)基金項目、陜西省重大科技創(chuàng)新專項資金項目等20余項。
第1章 緒論
1.1新能源材料 001
1.2新能源材料的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 002
思考題 005
參考文獻 005
第2章 介電儲能陶瓷
2.1介電儲能原理與分類 006
2.1.1介電儲能原理 006
2.1.2介電儲能陶瓷分類 008
2.2介電儲能陶瓷制備技術(shù) 009
2.2.1傳統(tǒng)固相法制備技術(shù) 009
2.2.2流延法制備技術(shù) 010
2.2.3等靜壓制備技術(shù) 013
2.3BaTiO3儲能陶瓷 014
2.3.1BaTiO3的晶體結(jié)構(gòu) 014
2.3.2BaTiO3的鐵電性能 014
2.3.3BaTiO3的介電性能 015
2.3.4A位摻雜BaTiO3陶瓷的儲能性能 016
2.3.5B位摻雜BaTiO3陶瓷的儲能性能 016
2.3.6復(fù)合摻雜BaTiO3陶瓷的儲能性能 016
2.4BiFeO3儲能陶瓷 017
2.4.1BiFeO3的晶體結(jié)構(gòu) 017
2.4.2BiFeO3的鐵電性能 018
2.4.3BiFeO3的介電性能 018
2.4.4A位摻雜BiFeO3陶瓷的儲能性能 019
2.4.5B位摻雜BiFeO3陶瓷的儲能性能 019
2.4.6復(fù)合摻雜BiFeO3陶瓷的儲能性能 019
2.5Na0.5Bi0.5TiO3儲能陶瓷 020
2.5.1Na0.5Bi0.5TiO3的晶體結(jié)構(gòu) 020
2.5.2Na0.5Bi0.5TiO3的鐵電性能 020
2.5.3Na0.5Bi0.5TiO3的介電性能 020
2.5.4A位摻雜Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的儲能性能 021
2.5.5B位摻雜Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的儲能性能 021
2.5.6復(fù)合摻雜Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的儲能性能 021
2.6Pb（ZrxTi1-x）O3儲能陶瓷 022
2.6.1Pb（ZrxTi1-x）O3的晶體結(jié)構(gòu) 022
2.6.2Pb（ZrxTi1-x）O3的鐵電性能 022
2.6.3Pb（ZrxTi1-x）O3的介電性能 023
2.6.4A位摻雜Pb（ZrxTi1-x）O3陶瓷的儲能性能 023
2.6.5B位摻雜Pb（ZrxTi1-x）O3陶瓷的儲能性能 023
2.6.6復(fù)合摻雜Pb（ZrxTi1-x）O3陶瓷的儲能性能 023
2.7AgNbO3儲能陶瓷 024
2.7.1AgNbO3的晶體結(jié)構(gòu) 024
2.7.2AgNbO3的鐵電性能 024
2.7.3AgNbO3的介電性能 025
2.7.4A位摻雜AgNbO3陶瓷的儲能性能 027
2.7.5B位摻雜AgNbO3陶瓷的儲能性能 027
2.7.6復(fù)合摻雜AgNbO3陶瓷的儲能性能 027
2.8NaNbO3儲能陶瓷 028
2.8.1NaNbO3的晶體結(jié)構(gòu) 028
2.8.2NaNbO3的鐵電性能 028
2.8.3NaNbO3的介電性能 029
2.8.4A位摻雜NaNbO3陶瓷的儲能性能 029
2.8.5B位摻雜NaNbO3陶瓷的儲能性能 030
2.8.6復(fù)合摻雜NaNbO3陶瓷的儲能性能 030
思考題 031
參考文獻 031
第3章 二次金屬離子電池材料
3.1概述 037
3.1.1鋰離子電池的發(fā)展歷史 037
3.1.2鋰離子電池的優(yōu)缺點 038
3.1.3鋰離子電池面臨的挑戰(zhàn) 039
3.2鋰離子電池的工作原理與組成 040
3.2.1鋰離子電池的工作原理 040
3.2.2鋰離子電池的組成 041
3.3鋰離子電池正極材料 041
3.3.1層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO2 042
3.3.2層狀結(jié)構(gòu)的LiNiO2 043
3.3.3尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4 043
3.3.4橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4 045
3.4鋰離子電池負極材料 046
3.4.1碳基負極材料 046
3.4.2過渡金屬氧化物負極材料 047
3.4.3合金型負極材料 050
3.5鋰離子電池電解液 056
3.5.1鋰離子電池非水有機溶劑 057
3.5.2鋰離子電池電解質(zhì)鋰鹽 058
3.5.3鋰離子電池電解液功能添加劑 059
3.6鋰離子電池隔膜 060
3.7鈉離子電池 061
3.7.1鈉離子電池的發(fā)展概況 061
3.7.2鈉離子電池的工作原理 062
3.7.3鈉離子電池負極材料 063
3.7.4鈉離子電池正極材料 065
3.7.5鈉離子電池電解液 068
3.7.6鈉離子電池隔膜 069
思考題 069
參考文獻 070
第4章 質(zhì)子交換膜燃料電池
4.1質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理 071
4.2質(zhì)子交換膜燃料電池的優(yōu)缺點 072
4.3質(zhì)子交換膜燃料電池的分類 073
4.4質(zhì)子交換膜燃料電池的組成 074
4.4.1電解質(zhì)膜 075
4.4.2催化劑層 076
4.4.3氣體擴散層 076
4.4.4集流體及雙極板 076
4.4.5膜電極的制備技術(shù) 077
4.5質(zhì)子交換膜燃料電池的研究進展 078
4.5.1新型催化劑的開發(fā) 079
4.5.2質(zhì)子交換膜的開發(fā) 082
思考題 083
參考文獻 083
第5章 太陽能電池
5.1太陽能電池的發(fā)展歷史 085
5.2太陽能電池基本概念 087
5.2.1太陽能電池的定義 087
5.2.2太陽能發(fā)電的優(yōu)缺點 087
5.2.3太陽能電池的分類 089
5.3太陽能電池工作原理 090
5.3.1太陽能電池的物理基礎(chǔ) 090
5.3.2太陽能電池的工作原理 094
5.4太陽能電池的性能 095
5.4.1太陽能電池的性能評價 095
5.4.2太陽能電池的性能影響因素 096
5.5硅太陽能電池 097
5.5.1硅太陽能電池簡介 097
5.5.2單晶硅太陽能電池 097
5.5.3多晶硅太陽能電池 102
5.5.4非晶硅太陽能電池 105
5.6鈣鈦礦太陽能電池 107
5.6.1鈣鈦礦太陽能電池簡介 107
5.6.2鈣鈦礦材料 108
5.6.3鈣鈦礦太陽能電池的工作原理 111
5.6.4鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu) 112
5.6.5鈣鈦礦基疊層太陽能電池 113
思考題 115
參考文獻 115
第6章 超級電容器
6.1概述 118
6.1.1超級電容器的發(fā)展歷史 118
6.1.2超級電容器的特點 119
6.1.3超級電容器的分類 121
6.1.4超級電容器的應(yīng)用前景 121
6.2超級電容器的工作原理 122
6.2.1雙電層電容存儲機理 122
6.2.2贗電容器的工作原理 123
6.3超級電容器的電極材料 124
6.3.1碳基材料 124
6.3.2金屬氧化物 129
6.3.3導(dǎo)電聚合物 131
6.4超級電容器電解質(zhì) 132
6.4.1水系電解質(zhì) 133
6.4.2有機電解質(zhì) 133
6.4.3離子液體 134
6.4.4固態(tài)聚合物電解質(zhì) 134
6.5超級電容器的未來前景 134
思考題 135
參考文獻 135
第7章 熱電材料
7.1熱電效應(yīng) 136
7.1.1塞貝克效應(yīng) 136
7.1.2佩爾捷效應(yīng) 137
7.1.3湯姆遜效應(yīng) 138
7.2熱電材料的性能表征 139
7.2.1塞貝克系數(shù) 139
7.2.2電導(dǎo)率 140
7.2.3熱導(dǎo)率 141
7.2.4熱電優(yōu)值和轉(zhuǎn)化效率 143
7.3熱電材料的優(yōu)化方法 144
7.4常見熱電材料 146
7.4.1Bi2Te3基熱電材料 146
7.4.2PbTe基熱電材料 147
7.4.3籠狀結(jié)構(gòu)材料 147
7.5熱電材料應(yīng)用 148
思考題 149
參考文獻 149
第8章 能源電催化材料
8.1析氫電催化納米材料 151
8.1.1析氫反應(yīng)及其反應(yīng)機理 152
8.1.2貴金屬析氫反應(yīng)電催化納米材料 154
8.1.3其他析氫反應(yīng)電催化納米材料 156
8.2析氧電催化納米材料 163
8.2.1析氧反應(yīng)的基本特征 164
8.2.2析氧反應(yīng)電催化活性理論 165
8.2.3析氧反應(yīng)的電催化機制 168
8.2.4貴金屬電催化析氧納米材料 169
8.2.5非貴金屬電催化析氧納米材料 171
思考題 176
參考文獻 177
第9章 太陽能驅(qū)動的二氧化碳轉(zhuǎn)化
9.1概述 180
9.2利用太陽能進行CO2和CH4的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化 181
9.2.1基于太陽能的干重整 181
9.2.2基于太陽能的CO2轉(zhuǎn)化為CO 182
9.2.3用于兩步CO2解離循環(huán)的CeO2 182
9.2.4太陽能膜反應(yīng)器 183
9.2.5利用太陽能從CO2H2O反應(yīng)中生成合成氣 183
9.3光熱催化CO2與H2的轉(zhuǎn)化 185
9.3.1光熱活化的機制 185
9.3.2光熱催化CO2還原的機遇和挑戰(zhàn) 186
9.4光催化和光電催化轉(zhuǎn)化CO2 187
9.4.1異相和均相光催化轉(zhuǎn)化CO2 187
9.4.2光電催化 188
9.5電催化CO2還原 189
9.5.1電催化CO2還原反應(yīng)機理 189
9.5.2電催化CO2還原工業(yè)化的一些探索 191
思考題 191
參考文獻 192
第10章 壓電光電子學(xué)及新能源應(yīng)用
10.1壓電光電子學(xué)效應(yīng)的基本理論 193
10.1.1壓電效應(yīng) 193
10.1.2壓電光電子學(xué)效應(yīng) 194
10.2壓電光電子學(xué)對太陽能電池的影響 195
10.2.1壓電光電子學(xué)效應(yīng)對PN結(jié)光電池的影響 195
10.2.2壓電光電子學(xué)效應(yīng)對MS光電池的影響 197
10.3壓電光電子學(xué)在能源存儲中的應(yīng)用 199
10.4壓電光電子學(xué)在光電探測器中的應(yīng)用 200
10.5壓電光電子學(xué)在光催化過程中的應(yīng)用 201
思考題 202
參考文獻 202
第11章 儲氫材料
11.1氫及氫能的特點及利用 204
11.1.1氫的特點 204
11.1.2氫能的特點 205
11.1.3氫能的利用 206
11.2儲氫材料的定義與性能要求 207
11.3主要儲氫材料 208
11.3.1物理儲氫材料 208
11.3.2化學(xué)儲氫材料 211
11.4儲氫材料的應(yīng)用 215
11.4.1二次電池中的應(yīng)用 215
11.4.2高真空獲得氫 216
11.4.3氫氣壓縮與氫同位素分離 216
11.4.4氫氣回收與純化 217
思考題 218
參考文獻 218
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