新能源材料与器件实验教程（赵春霞）

新能源技术是21世纪世界经济发展中具有决定性影响的五个技术领域之一，新能源材料与器件是实现新能源的转化和利用，是发展新能源技术的关键。新能源材料与器件的发展与技术水平，是高新技术发展水平的体现，在国民经济和科技发展中具有重要的战略地位。

近20年来，我国新能源产业虽然取得了令人瞩目的成绩，但相关专业人才仍非常缺乏。为适应我国新能源、新材料、新能源汽车、节能环保等国家战略性新兴产业发展需求，2010年批准在高等学校设置新能源材料与器件专业。截至2020年，已在华北电力大学、中南大学、电子科技大学、四川大学、东南大学、合肥工业大学、华东理工大学、武汉理工大学、苏州大学、南昌大学、同济大学、河北工业大学等全国26个省（自治区、直辖市）的109所院校开设新能源材料与器件专业。

作为国家战略性新兴产业的代表、低碳经济的发展方向，新能源材料与器件专业学科交叉程度高，专业内容可涉及材料、机械、电子、物理、化学等多个学科。作为新兴的工科专业，该专业的实验教学与相关专业理论教学紧密衔接，是课堂理论教学的拓展和延伸，且应具有基础性、通用性和典型性，对培养新能源材料与器件专业学生的设计思想、动手能力和创新能力及综合素质有着重要作用，被许多高校设为专业核心必修课。

本教材包含材料的设计、制备与表征，器件设计与组装，性能测试与分析三大部分内容。实验项目涵盖了新能源、新材料、功能性器件及系统等新能源材料科研与生产中的典型实验，共26个实验项目。本书在实验项目选择、实验内容设计方面更加注重培养学生的知识应用、实操能力和综合分析能力，每一个实验项目均涉及材料设计、合成与制备、结构表征、器件设计与组装、性能测试等方面的多项内容，并在不同部分有所侧重，注重逻辑思维、创新思维、分工协作和安全意识等的训练，强化大学生解决复杂问题能力的培养。例如，在材料制备方面，既有水热法、溶胶-凝胶法、阳极氧化法、旋涂法等典型制备方法，又包含自蔓延高温合成技术、磁控溅射制备技术等新型制备方法；在性能测试上涉及电学、光学、光电、电化学等多个领域，既有材料和元件的性能测试，也有原型器件和组装系统的性能检测。

本书实验类型丰富，以综合型和设计研究型实验项目为主，并设有虚拟仿真类项目，涵盖材料设计、实验方案制订、原料耗材和设备准备、实验过程实施、数据收集和整理、数据处理和作图、结果分析和讨论等全过程，有助于学生综合能力的培养。每个实验项目配有思考题，帮助学习者巩固学习重点和拓展思维。各高校也可根据设备资源选择或调整设计型、验证性项目，或通过虚拟仿真实验项目进行演示型实验，使学生能够通过不同类型的实验完成不同的学习任务，培养学生观察、思考、设计、动手能力及多方面素质。

本教材由赵春霞主编，金伟、周静副主编，武汉理工大学的库治良、夏冬林、戴英、杨爽、沈杰、木士春、胡军、殷官超、李赏、鄢永高、徐林、余志勇、张枫、刘曰利、甘小燕等参与了本教材实验项目的编写工作，徐庆、顾少轩、陈文、刘韩星、麦立强等对本书的出版给予了大力支持，在此一并表示感谢。

为保证专业性和准确性，本书中所涉及的实验项目均与编者的科研工作相关，并在编写过程中参考了相关著作和文献等资料，但由于编者水平有限，书中难免存在缺点和不足之处，真诚希望使用此书的教师、学生和其他读者批评指正，提出宝贵意见，便于我们及时改进。

编者

2022年5月于武汉

《新能源材料与器件实验教程》围绕燃料电池、离子电池、太阳能电池、超级电容器、半导体热电器件、CO2综合利用、脱硫脱硝等当前新能源产能、储能及相关智能化检测领域的发展热点，涵盖了新能源、新材料、功能性器件及系统等新能源材料科研与生产中的典型实验，包含材料的设计、制备与表征，器件设计与组装，性能测试与分析三大部分，共26个实验项目。《新能源材料与器件实验教程》可作为新能源材料与器件、材料科学与工程、无机非金属材料工程、材料物理、材料化学等材料类相关专业的本科实验教学用书及新能源科学与工程、储能科学与工程等能源相关专业的本科实验教学、创新创业实训环节的教学用书，对从事新能源材料及功能性器件研究、生产的研究人员和工程技术人员也有一定的参考价值。

第一章 材料的设计、制备与表征

实验一锂离子电池正极材料制备、电池组装及性能分析 002

实验二三氧化钼纳米带的制备与气敏性能测试 011

实验三旋涂法制备光电材料甲胺铅碘薄膜 019

实验四阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列及其光催化性能研究 024

实验五金属卤化物钙钛矿的溶液法制备与能带调控 036

实验六量子点敏化太阳能电池的制备及光电性能测试 045

实验七氧化石墨烯的制备与吸附性能测试 052

实验八固体氧化物燃料电池阴极材料的合成与性能分析 060

实验九水热法制备氧化锌纳米薄膜及光学性能测试 067

实验十材料比表面积与孔结构参数的测定 075

实验十一磁控溅射制备PZT薄膜及显微分析 084

第二章 器件设计与组装

实验一太阳能电池设计训练 090

实验二燃料电池设计训练 101

实验三新型储能器件设计训练 114

实验四光纤光栅传感器设计训练 127

实验五半导体芯片的制备与综合性能分析 148

第三章 性能测试与分析

实验一质子交换膜燃料电池单电池组装及性能测试 167

实验二染料敏化太阳能电池组装与性能测试分析 174

实验三碳基电极的制作与超级电容器性能测试 184

实验四半导体热电材料及其微器件的制备与物理性能 195

实验五硅太阳能电池I-V特性测试分析 212

实验六大气多污染物的脱硝综合分析 217

实验七介电性能综合分析 227

实验八压电材料与其发电性能测试 241

实验九铁电材料的电滞回线测试分析 246

实验十氧化锌压敏电阻性能测试 251