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| 內容簡介： |
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《新能源材料》一书全面系统地介绍了当今国内外新能源材料领域的研究热点。全书共11章，主要包括介电储能陶瓷、二次金属离子电池材料、质子交换膜燃料电池、太阳能电池材料、超级电容器、热电材料、能源电催化材料、太阳能驱动的二氧化碳转化、压电光电子学及新能源应用以及储氢材料等前沿材料与器件的研究、进展情况和未来发展趋势。本书内容丰富，数据和理论新颖，结构严谨，每章均设有大量思考题，并附有参考文献，便于学生进一步深入学习。本书适合作为高等学校新能源材料与器件、能源、冶金、化学、化工等专业本科及研究生教材。此外，本书也是从事新能源、热电材料、太阳能电池、锂离子电池、燃料电池、电动汽车、储能、压电光电子学等领域研究与应用人员的参考书。
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| 關於作者： |
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艾桃桃，陕西理工大学教授，副校长。科技部国家重点研发计划评宝专家，科技部战略性科技创新合作重点专项评审专家，中国工程院“中国工程科技2040技术预见”的调查评估专家，国家自然科学基金项目评审专家，人才项目评审专家，重庆市、云南省、武汉市、河南省、广西、广东、西藏等省市项目评审专家。现为矿渣综合利用环保技术国家地方联合工程实验室常务副主任，陕西省治金渣资源化利用工程技术研究中心主任，陕西省新型节能环保材料工程研究中心常务副主任，“构型材料多功能设计与制造”陕西省高等学校重点实验室主任，陕西省中青年科技创新领军人才，陕西省特支计划区域发展人才，陕西省普通高校首批青年杰出人才，陕西省优秀青年科技新星“百名优星”。主要从事先进结构材料构型设计与制造技术、能源化学与能源材料、冶矿渣资源创新与利用研究先后荣获陕西省科学技术二等奖2项、三等奖2项，深圳市科技进步二等奖1项，中国轻工业联合会发明奖三等奖1项，厅局级奖励20余项。主持完成国家自然科学基金项目2项，陕西省自然科学基金重点项目2项、面上项目1项，陕西省青年科技新星项目1项，陕西省教育厅重点实验室项目1项，陕西省教育厅专项项目2项等。参与国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项、国家火炬计划、国家自然科学基金项目、陕西省重大科技创新专项资金项目等20余项。
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| 目錄：
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第1章 绪论
1.1新能源材料 001
1.2新能源材料的发展现状及趋势 002
思考题 005
参考文献 005
第2章 介电储能陶瓷
2.1介电储能原理与分类 006
2.1.1介电储能原理 006
2.1.2介电储能陶瓷分类 008
2.2介电储能陶瓷制备技术 009
2.2.1传统固相法制备技术 009
2.2.2流延法制备技术 010
2.2.3等静压制备技术 013
2.3BaTiO3储能陶瓷 014
2.3.1BaTiO3的晶体结构 014
2.3.2BaTiO3的铁电性能 014
2.3.3BaTiO3的介电性能 015
2.3.4A位掺杂BaTiO3陶瓷的储能性能 016
2.3.5B位掺杂BaTiO3陶瓷的储能性能 016
2.3.6复合掺杂BaTiO3陶瓷的储能性能 016
2.4BiFeO3储能陶瓷 017
2.4.1BiFeO3的晶体结构 017
2.4.2BiFeO3的铁电性能 018
2.4.3BiFeO3的介电性能 018
2.4.4A位掺杂BiFeO3陶瓷的储能性能 019
2.4.5B位掺杂BiFeO3陶瓷的储能性能 019
2.4.6复合掺杂BiFeO3陶瓷的储能性能 019
2.5Na0.5Bi0.5TiO3储能陶瓷 020
2.5.1Na0.5Bi0.5TiO3的晶体结构 020
2.5.2Na0.5Bi0.5TiO3的铁电性能 020
2.5.3Na0.5Bi0.5TiO3的介电性能 020
2.5.4A位掺杂Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的储能性能 021
2.5.5B位掺杂Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的储能性能 021
2.5.6复合掺杂Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷的储能性能 021
2.6Pb（ZrxTi1-x）O3储能陶瓷 022
2.6.1Pb（ZrxTi1-x）O3的晶体结构 022
2.6.2Pb（ZrxTi1-x）O3的铁电性能 022
2.6.3Pb（ZrxTi1-x）O3的介电性能 023
2.6.4A位掺杂Pb（ZrxTi1-x）O3陶瓷的储能性能 023
2.6.5B位掺杂Pb（ZrxTi1-x）O3陶瓷的储能性能 023
2.6.6复合掺杂Pb（ZrxTi1-x）O3陶瓷的储能性能 023
2.7AgNbO3储能陶瓷 024
2.7.1AgNbO3的晶体结构 024
2.7.2AgNbO3的铁电性能 024
2.7.3AgNbO3的介电性能 025
2.7.4A位掺杂AgNbO3陶瓷的储能性能 027
2.7.5B位掺杂AgNbO3陶瓷的储能性能 027
2.7.6复合掺杂AgNbO3陶瓷的储能性能 027
2.8NaNbO3储能陶瓷 028
2.8.1NaNbO3的晶体结构 028
2.8.2NaNbO3的铁电性能 028
2.8.3NaNbO3的介电性能 029
2.8.4A位掺杂NaNbO3陶瓷的储能性能 029
2.8.5B位掺杂NaNbO3陶瓷的储能性能 030
2.8.6复合掺杂NaNbO3陶瓷的储能性能 030
思考题 031
参考文献 031
第3章 二次金属离子电池材料
3.1概述 037
3.1.1锂离子电池的发展历史 037
3.1.2锂离子电池的优缺点 038
3.1.3锂离子电池面临的挑战 039
3.2锂离子电池的工作原理与组成 040
3.2.1锂离子电池的工作原理 040
3.2.2锂离子电池的组成 041
3.3锂离子电池正极材料 041
3.3.1层状结构的LiCoO2 042
3.3.2层状结构的LiNiO2 043
3.3.3尖晶石结构的LiMn2O4 043
3.3.4橄榄石结构的LiFePO4 045
3.4锂离子电池负极材料 046
3.4.1碳基负极材料 046
3.4.2过渡金属氧化物负极材料 047
3.4.3合金型负极材料 050
3.5锂离子电池电解液 056
3.5.1锂离子电池非水有机溶剂 057
3.5.2锂离子电池电解质锂盐 058
3.5.3锂离子电池电解液功能添加剂 059
3.6锂离子电池隔膜 060
3.7钠离子电池 061
3.7.1钠离子电池的发展概况 061
3.7.2钠离子电池的工作原理 062
3.7.3钠离子电池负极材料 063
3.7.4钠离子电池正极材料 065
3.7.5钠离子电池电解液 068
3.7.6钠离子电池隔膜 069
思考题 069
参考文献 070
第4章 质子交换膜燃料电池
4.1质子交换膜燃料电池的工作原理 071
4.2质子交换膜燃料电池的优缺点 072
4.3质子交换膜燃料电池的分类 073
4.4质子交换膜燃料电池的组成 074
4.4.1电解质膜 075
4.4.2催化剂层 076
4.4.3气体扩散层 076
4.4.4集流体及双极板 076
4.4.5膜电极的制备技术 077
4.5质子交换膜燃料电池的研究进展 078
4.5.1新型催化剂的开发 079
4.5.2质子交换膜的开发 082
思考题 083
参考文献 083
第5章 太阳能电池
5.1太阳能电池的发展历史 085
5.2太阳能电池基本概念 087
5.2.1太阳能电池的定义 087
5.2.2太阳能发电的优缺点 087
5.2.3太阳能电池的分类 089
5.3太阳能电池工作原理 090
5.3.1太阳能电池的物理基础 090
5.3.2太阳能电池的工作原理 094
5.4太阳能电池的性能 095
5.4.1太阳能电池的性能评价 095
5.4.2太阳能电池的性能影响因素 096
5.5硅太阳能电池 097
5.5.1硅太阳能电池简介 097
5.5.2单晶硅太阳能电池 097
5.5.3多晶硅太阳能电池 102
5.5.4非晶硅太阳能电池 105
5.6钙钛矿太阳能电池 107
5.6.1钙钛矿太阳能电池简介 107
5.6.2钙钛矿材料 108
5.6.3钙钛矿太阳能电池的工作原理 111
5.6.4钙钛矿太阳能电池的结构 112
5.6.5钙钛矿基叠层太阳能电池 113
思考题 115
参考文献 115
第6章 超级电容器
6.1概述 118
6.1.1超级电容器的发展历史 118
6.1.2超级电容器的特点 119
6.1.3超级电容器的分类 121
6.1.4超级电容器的应用前景 121
6.2超级电容器的工作原理 122
6.2.1双电层电容存储机理 122
6.2.2赝电容器的工作原理 123
6.3超级电容器的电极材料 124
6.3.1碳基材料 124
6.3.2金属氧化物 129
6.3.3导电聚合物 131
6.4超级电容器电解质 132
6.4.1水系电解质 133
6.4.2有机电解质 133
6.4.3离子液体 134
6.4.4固态聚合物电解质 134
6.5超级电容器的未来前景 134
思考题 135
参考文献 135
第7章 热电材料
7.1热电效应 136
7.1.1塞贝克效应 136
7.1.2佩尔捷效应 137
7.1.3汤姆逊效应 138
7.2热电材料的性能表征 139
7.2.1塞贝克系数 139
7.2.2电导率 140
7.2.3热导率 141
7.2.4热电优值和转化效率 143
7.3热电材料的优化方法 144
7.4常见热电材料 146
7.4.1Bi2Te3基热电材料 146
7.4.2PbTe基热电材料 147
7.4.3笼状结构材料 147
7.5热电材料应用 148
思考题 149
参考文献 149
第8章 能源电催化材料
8.1析氢电催化纳米材料 151
8.1.1析氢反应及其反应机理 152
8.1.2贵金属析氢反应电催化纳米材料 154
8.1.3其他析氢反应电催化纳米材料 156
8.2析氧电催化纳米材料 163
8.2.1析氧反应的基本特征 164
8.2.2析氧反应电催化活性理论 165
8.2.3析氧反应的电催化机制 168
8.2.4贵金属电催化析氧纳米材料 169
8.2.5非贵金属电催化析氧纳米材料 171
思考题 176
参考文献 177
第9章 太阳能驱动的二氧化碳转化
9.1概述 180
9.2利用太阳能进行CO2和CH4的热化学转化 181
9.2.1基于太阳能的干重整 181
9.2.2基于太阳能的CO2转化为CO 182
9.2.3用于两步CO2解离循环的CeO2 182
9.2.4太阳能膜反应器 183
9.2.5利用太阳能从CO2H2O反应中生成合成气 183
9.3光热催化CO2与H2的转化 185
9.3.1光热活化的机制 185
9.3.2光热催化CO2还原的机遇和挑战 186
9.4光催化和光电催化转化CO2 187
9.4.1异相和均相光催化转化CO2 187
9.4.2光电催化 188
9.5电催化CO2还原 189
9.5.1电催化CO2还原反应机理 189
9.5.2电催化CO2还原工业化的一些探索 191
思考题 191
参考文献 192
第10章 压电光电子学及新能源应用
10.1压电光电子学效应的基本理论 193
10.1.1压电效应 193
10.1.2压电光电子学效应 194
10.2压电光电子学对太阳能电池的影响 195
10.2.1压电光电子学效应对PN结光电池的影响 195
10.2.2压电光电子学效应对MS光电池的影响 197
10.3压电光电子学在能源存储中的应用 199
10.4压电光电子学在光电探测器中的应用 200
10.5压电光电子学在光催化过程中的应用 201
思考题 202
参考文献 202
第11章 储氢材料
11.1氢及氢能的特点及利用 204
11.1.1氢的特点 204
11.1.2氢能的特点 205
11.1.3氢能的利用 206
11.2储氢材料的定义与性能要求 207
11.3主要储氢材料 208
11.3.1物理储氢材料 208
11.3.2化学储氢材料 211
11.4储氢材料的应用 215
11.4.1二次电池中的应用 215
11.4.2高真空获得氢 216
11.4.3氢气压缩与氢同位素分离 216
11.4.4氢气回收与纯化 217
思考题 218
参考文献 218
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| 內容試閱：
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随着人类发展和社会工业化进程的推进，与人类休戚相关的石油、天然气和煤等传统能源日益减少，随之而来的环境污染日益严重，威胁着人类的健康和社会的可持续发展。人类社会要实现可持续发展，保护自然环境与资源，必须发展新能源。能源的转化与存储在充分利用地球资源、实现人类可持续发展、推进低碳经济方面起着重要的作用。我国在“十四五规划”中提出构建现代能源体系，推进能源革命，建设清洁低碳、安全高效的能源体系，提高能源供给保障能力。实现这一目标就要走绿色可持续发展道路，发展新能源材料。
本书是由陕西理工大学材料科学与工程学院先进构型材料多尺度行为创新团队组织编写，系统阐述了介电储能陶瓷、二次金属离子电池材料、质子交换膜燃料电池、太阳能电池材料、超级电容器、热电材料、能源电催化材料、太阳能驱动的二氧化碳转化材料、压电光电子学材料以及储氢材料等的基本原理、最新研究进展和前景展望。本书共11章，由陕西理工大学艾桃桃策划和组织编写，陕西理工大学张立斋统稿。其中，第1章绪论由陕西理工大学景然编写，主要介绍国内新能源材料的发展概况；第2章由西南大学刘岗和严岩编写，主要介绍介电储能陶瓷材料的研究现状与发展趋势；第3章由陕西理工大学宋佳佳编写，主要介绍二次金属离子电池材料的研究现状与发展趋势；第4章由陕西理工大学王勇编写，主要介绍质子交换膜燃料电池的基本原理、研究现状和未来发展趋势；第5章由陕西理工大学王勇编写，主要介绍钙钛矿太阳能电池和硅太阳能电池的基本原理、研究现状与发展趋势；第6章由陕西理工大学寇领江编写，主要介绍超级电容器的研究现状与发展趋势；第7章由陕西理工大学李江华编写，主要介绍热电材料的研究现状与发展趋势；第8章由陕西理工大学包维维编写，主要介绍能源电催化材料的研究现状与发展趋势；第9章由陕西理工大学邵先钊编写，主要介绍太阳能驱动的二氧化碳转化材料的研究现状与发展趋势；第10章由陕西理工大学张立斋编写，主要介绍压电光电子学材料的基本原理、研究现状与发展趋势；第11章由陕西理工大学黄青编写，主要介绍储氢材料的研究现状与发展趋势。
本书入选高等学校材料类专业教学指导委员会规划教材建设项目，在此表示感谢。同时感谢本书编写过程中得到的各级各类科技计划的支持，包括国家自然科学基金、陕西省重点研发计划项目、陕西省自然科学基金和陕西高校青年创新团队等。
在本书的编写过程中，作者尽量以国内外发表的原始论文和专著为参考，希望本书能对新能源材料的发展和应用有所促进。由于作者水平有限，难免会存在不妥与疏漏之处，恳请读者批评指正。
编者
2024年4月
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