【现货速发】新型储能材料

能源是关系国民经济和社会发展的全局性和战略性问题，能源存储技术在促进能源安全生产和使用、推动能源革命和能源新业态发展方面发挥至关重要的作用。能源存储技术的创新突破将成为带动全球能源格局革命性、颠覆性调整的重要引领技术。储能设施的加快建设将成为国家构建更加清洁低碳、安全高效的现代能源产业体系的重要措施。为加快培养储能领域“高精尖缺”人才，增强产业关键核心技术攻关和自主创新能力，以产教融合发展推动储能产业高质量发展，、国家发展和改革委员会、国家能源局决定实施的《储能技术专业学科发展行动计划（2020—2024年）》中重点强调了加快发展储能技术学科并促进储能技术与相关学科深度交叉融合。
能源存储技术作为新兴领域，涉及物理、化学、材料、能源动力、电力电气等多学科多领域的交叉融合、协同创新。高校现有人才培养体系以传统的固有学科划分，不同学科之间虽有联系，但对于新能源专业学生的培养，专业壁垒仍比较明显。以电化学储能技术为例，在材料类相关的专业培养计划中，电池技术所需的电化学、溶液化学和界面化学基础知识不足；在传统化学化工专业的培养计划中，学生缺乏对材料类基础知识的认识。
在编者多年的教学实践过程中，发现来自材料、化学和物理等专业背景的学生对于电化学储能技术的理解，都有各自的知识盲点。为了适应我国经济发展战略、提高人才市场竞争力以及储能产业发展的需求，同时也为了培养专业面宽、知识面广和实践能力强的应用型储能人才，编者编写了本书，主要面向不同专业背景知识的高年级本科生和研究生，希望能够打通学科培养的壁垒，为学生提供一个由浅入深学习途径，使学生了解和掌握储能材料的关键技术、重要组成及发展前景。
本书根据当前储能材料领域的最新研究进展，结合国家储能技术发展战略，全面系统地归纳总结了新型储能材料。本教材首先阐述了储能材料的基础理论知识，再从基本构成、工作原理、应用、最新进展以及我国发展现状等方面着重介绍了具有重要意义和发展前景的储能器件以及应用其中的储能材料。涉及的储能材料有电化学储能材料和热储能材料，主要包括铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池、钠离子电池、铝离子电池、锌离子电池等新型电池体系关键材料，以及超级电容器关键材料和相变储能材料。
本书力求做到概念清晰，语言通俗易懂，理论分析严谨，结构编排由浅入深，在分析问题时注重启发性，以有说服力的科研或工程实例为依据，较全面系统地阐述储能技术和储能材料的基本原理、方法、性能、制备与工艺等，并在章后配以习题与思考题。
本书由任玉荣、曾芳磊主编。第1章由任玉荣、王大为编写，第2章和第3章由曾芳磊编写，第4章由丁正平、李建斌、戚燕俐、赵倩、曾芳磊共同编写，第5章由曾芳磊、诸葛祥群、赵倩共同编写，第6章由丁正平、李建斌、诸葛祥群共同编写，第7章由曾芳磊编写，第8章由戚燕俐编写，全书由任玉荣、曾芳磊、戚燕俐统稿。
本书在编写过程中参阅了许多相关著作、论文等资料。本书的出版得到了天合光能等新能源企业有关领导、专家的大力支持和帮助，还得到了常州大学材料科学与工程专业（江苏省省级一流专业）建设经费的支持，在此一并表示感谢。
由于编者学识有限，且近年来相关理论研究和新材料体系发展迅速，书中难免有疏漏和不妥之处，希望本书出版后能够得到相关专家和读者的批评指正。

编者
2024年3月

《新型储能材料》是高等学校材料类专业教学指导委员会规划教材。本书根据当前储能材料领域最新研究进展,结合国家储能技术发展战略,在阐述新型储能材料相关基础理论知识的基础上，从基本构成、工作原理、应用、最新进展以及我国发展现状等方面着重介绍了具有重要意义和发展前景的储能器件以及应用于其中的新型储能材料，包括铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池、钠离子电池、铝离子电池、锌离子电池等电池体系的关键材料以及超级电容器关键材料和相变储能材料。本书适合作为高等学校材料类、能源类、化学化工类相关专业的教学用书，同时也适合作为新能源、电化学储能、电动汽车、规模储能等领域研究与应用人员的参考书。

任玉荣，1973 年，中国科学院工学博士，加州大学洛杉矶分校访问学者，教授/博导。常州大学学科建设办公室主任。江苏省“六大人才高峰”高层次人才培养对象，江苏省第五期 “333 高层次人才培养工程”培养对象，江苏省“青蓝工程”中青年学术带头人。主要研究方向：能量转换材料以及新型电池的设计与研究简介：从事储能材料与能源化学及高能电池的研究，针对钠、锂、镁等无机材料的化学能/电能储存与转化所存在的反应活性低、动力学缓慢、物质输运和电荷传递受限等科学与技术难题，开展能量高效储存与转化探索研究，通过化学、纳米和能源的交叉学科研究，探索使用新材料，来提升能量转化效率与能量储存密度，从而优化电池效能。在 Journal of Energy Chemistry，journal of power sources, Electrochimica acta, Material letter, Journal of solid state electrochemistry, Science in China Series B: Chemistry 等国际期刊上发表SCI 论文 30 余篇，授权发明专利 9 件，主持国家自然科学基金 4 项，其中重大研究计划 1 项，主持省部级以上项目 8 项，主持完成企业委托项目 3 项，获省科技进步二等奖 1 项，三等奖 1 项。已指导博士研究生 1 名，硕士生 15 名， 2人获国家奖学金。全国“互联网 ”竞赛铜奖 1 项（第*二指导老师）。

第1章新能源时代与储能技术
1.1能源的定义和分类 1
1.2新能源和新能源技术 2
1.2.1新能源 2
1.2.2新能源技术 2
1.3储能技术的价值与类型 3
1.3.1发展储能技术的重要意义 3
1.3.2储能技术的分类与应用 4
1.4储能材料及发展现状 13
1.4.1储能材料 13
1.4.2储能材料发展现状 14
习题与思考题 16
参考文献 16

第2章化学电源概论
2.1化学电源的工作原理、组成与分类 18
2.1.1化学电源的工作原理 18
2.1.2化学电源的组成 19
2.1.3化学电源的表示方法 20
2.1.4化学电源的分类 21
2.2化学电源的应用与发展 22
2.2.1化学电源的应用 22
2.2.2化学电源的发展 23
2.3化学电源的性能 25
2.3.1电动势与开路电压 25
2.3.2内阻 27
2.3.3放电电压与充电电压 27
2.3.4容量与比容量 29
2.3.5能量与比能量 31
2.3.6功率与比功率 34
2.3.7效率与寿命 35
2.3.8储存性能与自放电 36
习题与思考题 37
参考文献 37

第3章铅酸电池和镍氢电池
3.1铅酸电池 38
3.1.1基本构成和工作原理 38
3.1.2铅酸电池的失效机理 39
3.1.3铅碳电池 40
3.1.4铅酸蓄电池的应用 43
3.2镍氢电池 43
3.2.1工作原理 43
3.2.2负极材料——储氢合金 45
3.2.3正极材料——氢氧化镍 49
3.2.4镍氢电池的应用 51
习题与思考题 51
参考文献 52

第4章锂离子电池
4.1锂离子电池的结构及工作原理 54
4.2锂离子电池正极材料 54
4.2.1过渡金属氧化物正极材料 57
4.2.2聚阴离子正极材料 72
4.2.3无锂转化型正极材料 75
4.3锂离子电池负极材料 77
4.3.1简介 77
4.3.2负极材料的分类 78
4.3.3碳基负极材料 79
4.3.4钛基负极材料 83
4.3.5硅基负极材料 86
4.3.6锡基负极材料 90
4.4电解质材料 93
4.4.1电解质种类 93
4.4.2液态电解质 94
4.4.3凝胶聚合物电解质 101
4.4.4固态聚合物电解质 103
4.4.5无机固态电解质 110
4.4.6展望 113
4.5隔膜材料 114
4.5.1锂离子电池隔膜材料的种类 114
4.5.2锂离子电池隔膜的主要性能指标 117
4.5.3锂离子电池隔膜的预处理方法 119
4.5.4锂离子电池隔膜发展趋势 120
4.6电池黏结剂 120
4.6.1简介 120
4.6.2线性聚合物黏结剂 121
4.6.3交联聚合物黏结剂 121
4.6.4支化和超分子聚合物黏结剂 124
4.6.5导电聚合物黏结剂 125
习题与思考题 128
参考文献 130

第5章锂硫电池与锂空气电池
5.1锂硫电池 142
5.1.1锂硫电池概述 142
5.1.2典型的硫正极复合材料 149
5.1.3锂硫电池电解质 161
5.1.4锂硫电池负极 165
5.1.5锂硫电池器件进展 169
5.2锂空气电池 170
5.2.1锂空气电池的发展历程 170
5.2.2锂空气电池的工作原理 171
5.2.3锂空气电池正极材料 172
5.2.4锂空气电池电解液 173
5.2.5锂负极 173
5.2.6锂空气电池的研究现状及面临挑战 174
习题与思考题 174
参考文献 175

第6章其他新型储能电池体系
6.1钠离子电池 179
6.1.1钠离子电池简介 179
6.1.2钠离子电池正极材料 181
6.1.3钠离子电池负极材料 189
6.1.4钠离子电池电解液 195
6.2铝离子电池 198
6.2.1铝离子电池发展历史及原理 198
6.2.2铝离子电池正极材料 199
6.2.3铝离子电池负极材料 201
6.2.4铝离子电池电解液体系 201
6.2.5铝离子电池应用进展及挑战 202
6.3锌离子电池 203
6.3.1简介 203
6.3.2锌离子电池正极材料 205
6.3.3锌离子电池负极材料 207
6.3.4水性电解液 207
6.3.5隔膜 207
6.3.6总结与展望 207
习题与思考题 208
参考文献 208

第7章超级电容器
7.1概述 213
7.1.1发展历史 214
7.1.2工作原理及分类 214
7.1.3超级电容器的主要特点 219
7.2双电层超级电容器电极材料 219
7.2.1活性炭 220
7.2.2碳纳米管 221
7.2.3石墨烯 222
7.2.4炭气凝胶 224
7.3赝电容超级电容器电极材料 224
7.3.1过渡金属氧化物 224
7.3.2过渡金属硫、磷、硒化物 225
7.3.3过渡金属碳（氮）化物 226
7.3.4导电聚合物 226
7.4其他新型电极材料 229
7.4.1金属有机骨架材料 229
7.4.2共价有机骨架材料 230
7.4.3黑磷 231
7.5微型结构超级电容器器件结构与性能 232
7.5.1一维纤维状MSC 232
7.5.2二维平面MSC 233
7.6超级电容器的应用 234
7.6.1超级电容器在可再生能源领域的应用 234
7.6.2超级电容器在工业领域的应用 235
7.6.3超级电容器在交通领域的应用 235
习题与思考题 236
参考文献 236

第8章相变储能材料
8.1相变储能方式 239
8.2相变储能材料的相变形式 240
8.2.1固-液相变 240
8.2.2液-气相变 240
8.2.3固-气相变 241
8.2.4固-固相变 241
8.3相变储能材料的分类 241
8.3.1固－液相变材料 242
8.3.2固-固相变材料 243
8.4相变储能材料的制备方法 245
8.4.1熔融共混法 245
8.4.2吸附法 246
8.4.3微胶囊法 246
8.4.4溶胶－凝胶法 247
8.4.5插层法 247
8.4.6烧结法 247
8.4.7化学连接法 248
8.5相变储能材料的应用 248
8.5.1节能型建筑类材料 248
8.5.2储冷系统 249
8.5.3余热收集系统 250
8.5.4相变纺织材料 250
8.6相变储能材料的研究方法 251
习题与思考题 252
参考文献 252

本书思政元素

《新型储能材料》是高等学校材料类专业教学指导委员会规划教材。本书根据当前储能材料领域最新研究进展,结合国家储能技术发展战略,在阐述新型储能材料相关基础理论知识的基础上，从基本构成、工作原理、应用、最新进展以及我国发展现状等方面着重介绍了具有重要意义和发展前景的储能器件以及应用于其中的新型储能材料，包括铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池、钠离子电池、铝离子电池、锌离子电池等电池体系的关键材料以及超级电容器关键材料和相变储能材料。本书适合作为高等学校材料类、能源类、化学化工类相关专业的教学用书，同时也适合作为新能源、电化学储能、电动汽车、规模储能等领域研究与应用人员的参考书。

任玉荣，1973 年，中国科学院工学博士，加州大学洛杉矶分校访问学者，教授/博导。常州大学学科建设办公室主任。江苏省“六大人才高峰”高层次人才培养对象，江苏省第五期 “333 高层次人才培养工程”培养对象，江苏省“青蓝工程”中青年学术带头人。主要研究方向：能量转换材料以及新型电池的设计与研究简介：从事储能材料与能源化学及高能电池的研究，针对钠、锂、镁等无机材料的化学能/电能储存与转化所存在的反应活性低、动力学缓慢、物质输运和电荷传递受限等科学与技术难题，开展能量高效储存与转化探索研究，通过化学、纳米和能源的交叉学科研究，探索使用新材料，来提升能量转化效率与能量储存密度，从而优化电池效能。在 Journal of Energy Chemistry，journal of power sources, Electrochimica acta, Material letter, Journal of solid state electrochemistry, Science in China Series B: Chemistry 等国际期刊上发表SCI 论文 30 余篇，授权发明专利 9 件，主持国家自然科学基金 4 项，其中重大研究计划 1 项，主持省部级以上项目 8 项，主持完成企业委托项目 3 项，获省科技进步二等奖 1 项，三等奖 1 项。已指导博士研究生 1 名，硕士生 15 名， 2人获国家奖学金。全国“互联网 ”竞赛铜奖 1 项（第*二指导老师）。