先进储能科学技术与工业应用丛书--电化学储能中的计算、建模与仿真

图书标准信息

• 作者 施思齐 著
• 出版社 化学工业出版社
• 出版时间 2023-03
• 版次 1
• ISBN 9787122426888
• 定价 168.00元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 316页
• 字数 480千字

【内容简介】

本书重点介绍了电化学储能中的科学与技术问题、第一性原理计算、分子动力学模拟、蒙特卡罗和渗流模拟、有效介质理论和空间电荷层模拟、相场模拟、多尺度多物理场建模与仿真、老化研究以及材料基因工程。同时对电化学储能涉及的基础理论，计算、建模与仿真方法面临的挑战及展望进行了详尽叙述。本书内容覆盖面较广，蕴含丰富的科学和工程技术问题，注重基本概念、基本原理的阐述及数学表述的严谨性。相关应用案例来自前沿的科学和技术工作者的研究成果。本书可供电化学能量存储和转换材料与器件研发的科研工作者与工程技术人员参考，也可作为高等学校化学、物理、材料、新能源等专业本科生和研究生的教材或教学参考书。

【作者简介】

施思齐，教授，博士生导师，现任职于上海大学材料科学与工程学院和材料基因组工程研究院，国家优秀青年科学基金获得者(2016年)。2004年7月博士毕业于中国科学院物理研究所，师从陈立泉院士和王鼎盛院士。2004年8月至2013年5月先后在日本产业技术综合研究所、美国内布拉斯加州-林肯大学和美国布朗大学做博士后或访问学者。主要研究方向为电化学储能材料的计算与设计、材料数据库与机器学习，致力于推动人工智能赋能材料研发。2001年率先在国内应用第一性原理计算研究锂离子电池材料。已在Nat Catal、Chem Rev、Prog Mater Sci、Natl Sci Rev、Adv Mater等期刊发表论文180余篇。创建了具有独立自主知识产权的电化学储能材料计算与数据平台。承担国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目12项。目前是中国硅酸盐学会固态离子学分会理事、中国材料研究学会计算材料学分会委员。担任《Computational Materials Science》、《Journal of Materials Informatics》、《储能科学与技术》、《硅酸盐学报》、中国物理学会“四刊”和《中国科学：技术科学》等期刊(青年)编委。

【目录】

电化学储能技术具有战略性和先导性，是学术界与工业界响应“碳达峰”和“碳中和”号召、维护国家能源安全的着力点，为构建以新能源为主体的电力系统提供了重要支撑。深化电化学储能技术与信息技术的融合，推动研发、制造、应用端向“互联网 ”智慧能源模式转型，是我国实现能源可持续发展以及“智能移动”目标的关键任务，同时也标志着我国能源利用方式正向着清洁、安全和可再生转变。推进电化学储能技术对于电动载具、智能电网、大规模储能等领域至关重要，其高度依赖于材料发现、器件设计以及生产工艺优化的协同发展。材料层面，周期达十余年的“试错法”研发模式难以满足产业界对高性能材料的迫切需求，且单一尺度/精度的计算方法难以应对当前电化学储能材料设计面临的化合物种类庞杂、数据多源异构和多目标性能评估等挑战；器件层面，材料性能无法完全发挥，以及高性能材料的成本问题，均是提出设计方案时面临的障碍；生产工艺层面，严格遵循设计方案制造电化学储能器件需优化工艺和设备。由此，亟待厚植行业软件及相关数据共建共享的生态，有机地融合理论、数据和实验研究，开发集计算、建模与仿真、数据库和机器学习于一体的研发平台，以助力电化学储能材料与器件数字化、智能化研发，加速材料发现、器件设计与制造工艺的迭代优化。在这样的背景下，编写一本详细介绍面向电化学储能研究的计算、建模和仿真方法及应用的工具书是非常必要的。电化学储能技术是融合材料、物理、化学、力学、数学、计算机、数据等多学科研究的结晶。为了让具有不同学科背景和不同层次的学术界和工业界读者均能得到启示，我们在本书编写过程中，对涉及的方程进行了详细的推导，尽量避免由于转述他人的解释而造成的错漏；对于每一个知识点，尽量从更为形象、直观的角度出发，力求向初学者阐明其中和材料/器件性能有关的科学与技术问题，归纳其影响因素及两者之间遵循的一般规律，并向有基础的读者展示如何借此解决实际问题。本书涉及电化学储能研究中的科学与技术问题、相关基础理论、第一性原理计算、分子动力学模拟、蒙特卡罗和渗流模拟、有效介质理论和空间电荷层模拟、相场模拟、多尺度多物理场建模与仿真、老化研究以及材料基因工程。这些内容既各自独立，也可通过对理论能量密度、热力学相图、缺陷形成机制、电子导电/离子输运机理、电压平台、有序/无序相结构、溶剂化结构脱溶过程、表/界面副反应、（低温/高温）充放电速率、材料相变与应力演化、本征/化学/电化学稳定性安全性、老化/失效等多尺度问题进行探究而将其相互关联。本书的相关素材来自前沿科学和一线技术工作者的成果，并融合笔者二十年来从事电化学储能材料计算与设计研究的心得和体会。希望通过本书的内容抛砖引玉，厚植电化学储能领域的基础研究氛围，并打通其与应用之间的鸿沟。本书经过各位作者坚持不懈的努力，历时三年得以完成。真诚地感谢陈立泉院士、南策文院士、李泓研究员等对本书撰写过程中提出的宝贵建议以及对本书的高度推荐。感谢顾辉、张文清、欧阳楚英、崔艳华、李东江、程涛、练成、黄俊、倪萌、李培超、吴英强、黄秋安、庄全超、吴剑芳、喻嘉、吴兴远、李杰、朱琦、易金、王爱平、赵倩、孙楠楠、宋涛、孙拾雨、蒲博伟、何婷婷、施维、林申等老师和同学对本书内容的有益探讨。感谢国家自然科学基金和重点研发项目的长期资助和支持。感谢化学工业出版社的大力支持及相关工作人员的辛勤工作。电化学储能中的计算、建模与仿真的涉及面广，且正在蓬勃发展之中。由于水平有限，书中不当和不妥之处在所难免，恳望广大读者不吝批评和指正。施思齐2022 年12 月8 日