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內(nèi)容簡介

　　本書系統(tǒng)總結(jié)了可充鋅基電池基礎(chǔ)電化學(xué)理論知識，結(jié)合筆者的工作，重點(diǎn)對各類鋅基二次電池，包括鋅-錳電池、鋅-鎳電池、鋅-空氣電池和鋅離子電池體系的儲(chǔ)能原理及關(guān)鍵材料進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。可供新能源科學(xué)與工程、儲(chǔ)能科學(xué)與工程、能源化學(xué)工程、電化學(xué)工程、新能源材料與器件等相關(guān)專業(yè)的師生學(xué)習(xí)使用，也可供從事可充鋅基電池研究的科研人員和企業(yè)技術(shù)人員參考。

作者簡介

　　崔寶臣，廣東石油化工學(xué)院，教授，長期從事高能電池及關(guān)鍵材料、電催化等方面基礎(chǔ)及應(yīng)用研究。主要學(xué)術(shù)成就包括：（1）開創(chuàng)了全新概念的可充熔鹽金屬（Fe、 Zn）空氣電池研究先河，開發(fā)了系列熔鹽電池電解質(zhì)，發(fā)展了多種新型正極催化材料，揭示了該類電池的電化學(xué)儲(chǔ)能機(jī)理并解決了熔鹽電池體系電極材料穩(wěn)定性關(guān)鍵科學(xué)問題。（2）在水系鋅基雜化電池方面，在電極基體上直接生長納米線陣列電催化劑并作為活性材料，無需膠黏劑和炭素等輔助材料，實(shí)現(xiàn)長周期穩(wěn)定充放電10000個(gè)循環(huán)，放電電壓平臺(tái)高達(dá)1.65 V以上，突破了鋅基雜化電池放電電壓波動(dòng)的技術(shù)瓶頸。（3）設(shè)計(jì)開發(fā)了新型水系鋅離子電池鐵基尖晶石正極材料，揭示了正極材料的儲(chǔ)鋅行為與機(jī)理，探索充放電循環(huán)過程正極材料微觀結(jié)構(gòu)演變規(guī)律，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)鋅失效原因，加深了對鋅離子電池正極材料儲(chǔ)鋅機(jī)理的科學(xué)認(rèn)識。（4）在電催化領(lǐng)域，跨越傳統(tǒng)的Haber-Bosch合成氨工藝對天然氣的依賴和需求，以水和氮?dú)庵苯映弘姶呋铣砂毖芯揩@得重要科學(xué)突破，開創(chuàng)了電化學(xué)合成氨新方法。開發(fā)熔鹽電化學(xué)綠色煉鐵、熔鹽捕獲二氧化碳電化學(xué)還原制碳材料以及低溫熔鹽化學(xué)鏈分解水制氫等新技術(shù)。近年主持國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目2項(xiàng)、廣東省和黑龍江省重點(diǎn)科技攻關(guān)、自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等多項(xiàng)。獲省部科技進(jìn)步獎(jiǎng)3項(xiàng)。在Energy Environ. Sci.、J. Power Source、 Green Chem.、J. Mater. Chem. A等國際TOP期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇，授權(quán)美國和PCT專利各1件，已授權(quán)中國發(fā)明專利7件。美國喬治華盛頓大學(xué)博士后，博士研究生導(dǎo)師，國家自然科學(xué)基金、中國博士后和浙江省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目函評專家，美國電化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)員、中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)員、黑龍江省化工學(xué)會(huì)理事。2019年作為高層次人才引進(jìn)加盟廣東石油化工學(xué)院從事教學(xué)和科研工作至今。

圖書目錄

第1章鋅基電池概論 001
1.1 鋅基電池的發(fā)展歷史 001
1.2 鋅基電池的種類 003
1.3 鋅基電池的組成 004
1.3.1 電極 004
1.3.2 電解質(zhì) 005
1.3.3 隔膜 006
1.3.4 外殼 006
1.4 鋅基電池的主要性能 007
1.4.1 電動(dòng)勢 007
1.4.2 電壓 009
1.4.3 電池容量 012
1.4.4 內(nèi)阻 015
1.4.5 能量與比能量 016
1.4.6 功率與比功率 017
1.4.7 壽命 018
1.4.8 荷電狀態(tài) 018
1.4.9 貯存性能與自放電 019
參考文獻(xiàn) 020
第2章可充堿性鋅-錳電池 021
2.1 概述 021
2.1.1 鋅-錳電池的發(fā)展 022
2.1.2 可充堿性鋅-錳電池現(xiàn)狀 023
2.1.3 可充堿性鋅-錳電池的結(jié)構(gòu)及工作原理 024
2.2 MnO2正極 026
2.2.1 MnO2正極材料 026
2.2.2 MnO2放電機(jī)制 028
2.2.3 MnO2的可充電性 031
2.2.4 MnO2正極的改進(jìn) 032
2.3 鋅負(fù)極 036
2.3.1 鋅負(fù)極材料 036
2.3.2 鋅負(fù)極上的電極反應(yīng) 037
2.3.3 鋅負(fù)極存在的問題 038
2.3.4 鋅負(fù)極性能的改進(jìn) 043
2.4 電解液 047
2.4.1 電解液的組成 047
2.4.2 電解液性能優(yōu)化 048
2.5 隔膜 051
2.6 RAM電池的種類及制造工藝 053
2.6.1 RAM電池的種類及性能 053
2.6.2 RAM電池的制造工藝 055
參考文獻(xiàn) 057
第3章可充鋅-鎳電池 060
3.1 概述 060
3.1.1 鋅-鎳電池的發(fā)展概況 060
3.1.2 鋅-鎳電池的工作原理 062
3.2 氫氧化鎳正極 063
3.2.1 氫氧化鎳材料的結(jié)構(gòu) 063
3.2.2 氫氧化鎳的氧化還原反應(yīng)機(jī)理 065
3.2.3 氫氧化鎳氧化還原過程及晶型轉(zhuǎn)換 068
3.2.4 氫氧化鎳電極結(jié)構(gòu) 069
3.3 鎳基電極的電化學(xué)性能改進(jìn) 072
3.3.1 組成設(shè)計(jì) 072
3.3.2 形貌設(shè)計(jì) 079
3.3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 080
3.3.4 其它鎳基正極材料 084
3.4 鋅負(fù)極 090
3.4.1 鋅負(fù)極材料及電極反應(yīng) 090
3.4.2 鋅負(fù)極存在的問題 090
3.4.3 鋅負(fù)極的改進(jìn) 091
3.5 電解液 105
3.5.1 電解液的組成 105
3.5.2 電解液性能優(yōu)化 106
3.5.3 堿性固體聚合物電解質(zhì) 109
3.6 隔膜 112
參考文獻(xiàn) 114
第4章可充鋅-空氣電池 118
4.1 鋅-空氣電池概述 118
4.1.1 鋅-空氣電池發(fā)展歷史 119
4.1.2 鋅-空氣電池的結(jié)構(gòu)與工作原理 121
4.1.3 鋅-空氣電池的特點(diǎn) 123
4.1.4 鋅-空氣電池的種類 124
4.1.5 鋅-空氣電池的配置 125
4.2 雙功能空氣電極 128
4.2.1 空氣電極的結(jié)構(gòu) 128
4.2.2 空氣電極上的氧電反應(yīng)機(jī)理 131
4.3 空氣電極的催化劑及改進(jìn) 135
4.3.1 貴金屬基催化劑 136
4.3.2 過渡金屬氧化物催化劑 138
4.3.3 其它過渡金屬化合物 145
4.3.4 碳基無金屬催化劑 146
4.3.5 碳-過渡金屬復(fù)合材料 152
4.4 鋅負(fù)極 163
4.4.1 鋅負(fù)極材料 163
4.4.2 鋅負(fù)極存在的問題 163
4.4.3 鋅負(fù)極的改進(jìn) 164
4.5 電解液 169
4.5.1 水溶液電解質(zhì) 170
4.5.2 非水溶液電解質(zhì) 174
4.6 隔膜 178
4.6.1 多孔膜 179
4.6.2 離子交換膜 182
4.6.3 Zn枝晶生長抑制膜 183
參考文獻(xiàn) 184
第5章水系鋅離子電池 189
5.1 概述 189
5.1.1 水系鋅離子電池的發(fā)展概況 189
5.1.2 水系鋅離子電池的特點(diǎn)與挑戰(zhàn) 190
5.2 水系鋅離子電池的儲(chǔ)能機(jī)理 192
5.2.1 Zn2 的嵌入/脫出機(jī)制 192
5.2.2 Zn2 /H （或H2O）共嵌入/脫出機(jī)制 194
5.2.3 化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)機(jī)制 195
5.2.4 溶解/沉積機(jī)制 196
5.2.5 有機(jī)配位反應(yīng)機(jī)制 197
5.3 水系鋅離子電池的正極材料 198
5.3.1 錳基化合物正極材料 198
5.3.2 釩基化合物正極材料 209
5.3.3 普魯士藍(lán)類似物正極材料 223
5.3.4 有機(jī)化合物正極材料 227
5.3.5 層狀過渡金屬硫化物正極材料 232
5.3.6 代表性正極材料總結(jié) 235
5.4 鋅負(fù)極 236
5.4.1 鋅沉積/溶解的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)機(jī)理 236
5.4.2 鋅陽極的優(yōu)化設(shè)計(jì) 238
5.5 電解液 246
5.5.1 AZIBs電解液的種類 247
5.5.2 AZIBs電解液的優(yōu)化策略 248
5.6 隔膜 255
參考文獻(xiàn) 257