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電化學儲能設計及應用(吳川) 版權信息
- ISBN：9787122464552
- 條形碼：9787122464552 ; 978-7-122-46455-2
- 裝幀：平裝
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
電化學儲能設計及應用(吳川) 內容簡介
《電化學儲能設計及應用》全面介紹了電化學儲能技術相關內容，包括基本原理、器件組成與基本性能、電化學儲能設計相關理論、設計過程等，為讀者提供了扎實的理論基礎，有助于理解電化學儲能設計的方法及其理論依據。重點討論了各類化學電源設計及其應用場景，特別是鋰離子電池、鈉離子電池、鋰硫電池、鋰空氣電池、鋅空氣電池、水系離子電池、液流電池、電化學電容器的工作原理、關鍵技術和設計流程。通過選取典型的化學能源設計案例進行分析，探討了不同應用場景下的設計理念和實現方式，論述了不同儲能技術的優缺點及其可能的適用場景。此外，書中還針對當前“雙碳”目標下的能源轉型需求，詳細討論了清潔生產、綠色再生的含義，提出了不同電化學儲能技術中可行的廢舊電池資源化措施。通過理論與實踐相結合的方式，系統地介紹了先進電化學儲能技術的設計與應用，為培養新能源材料與器件領域創新型人才提供參考。 本書是高等學校能源與儲能相關專業的教學用書，也可供相關領域的專業人才和研究人員參考。
電化學儲能設計及應用(吳川)電化學儲能設計及應用(吳川) 前言
儲能是構建新型電力系統的重要技術裝備，對提升電力系統彈性、促進新能源發展、助力實現“雙碳”目標具有重要意義。電化學儲能作為一種調節速度快、布置靈活、建設周期短的調節資源，是新型儲能的主要形式，被認為是*具發展潛力的儲能技術之一，近年來應用規模持續擴大。電化學儲能是一種通過發生可逆的電化學反應來儲存或釋放能量的轉換技術。相比抽水蓄能等機械儲能，電化學儲能的能量密度大，轉換效率高，受地形等因素影響較小，可靈活運用于發電側、輸配電側和用電側。隨著近年來成本的快速下降、商業化應用逐漸成熟，電化學儲能的優勢愈發明顯，開始逐漸成為儲能新增裝機的主流，且未來仍有較大的成本下降空間，發展前景廣闊。根據不同電化學電池的工作原理，儲能覆蓋的規模也有所不同，大到百兆瓦級，小到千瓦級。因此，全面總結并歸納概括現行電化學儲能技術的設計方法與應用場景十分重要。
本教材系統介紹了現有電化學儲能技術的基礎知識、設計理論與其應用場景；重點概述了化學電源的基本原理，包括化學電源的理論基礎，化學電源的組成、分類、工作原理與基本性能等；深入討論了電化學儲能器件的相關設計理論與設計過程，結合案例分析，強化了設計理論與設計過程并重的理念；此外，通過介紹各類化學電源設計在實際應用中的發展現狀，對其關鍵技術進行了展望，關注了電池器件在清潔生產與綠色再生中的防治措施及注意事項。本教材主要側重于堿金屬離子電池、鋰硫電池、鋰空氣電池、鋅空氣電池、水系電池等新型二次電池體系的設計與應用。
電化學儲能設計及應用(吳川) 目錄
第1章 電化學儲能緒論
1.1電化學儲能基礎 001
1.1.1電化學儲能的定義 001
1.1.2電化學儲能器件——電池 001
1.1.3經典電池儲能 001
1.1.4電極電勢與能斯特方程 003
1.2電化學儲能發展現狀 003
1.3電化學儲能設計概述 004
1.3.1電化學儲能設計含義 004
1.3.2電化學儲能設計分類 004
1.3.3電化學儲能設計作用 005
思考題 005
參考文獻 005
第2章 電化學儲能器件概述
2.1電化學儲能器件的組成 006
2.1.1電極 006
2.1.2電解質 008
2.1.3隔膜 008
2.1.4其他組成 009
2.2電化學儲能器件的分類 010
2.2.1一次電池 010
2.2.2二次電池 011
2.3電化學儲能器件的基本性能 013
2.3.1電動勢 013
2.3.2電壓 013
2.3.3內阻 014
2.3.4容量 015
2.3.5放電率 016
2.3.6能量 017
2.3.7功率 019
2.3.8放電曲線 020
2.3.9自放電率與壽命 020
思考題 021
參考文獻 022
附錄電池型號及規格 022
第3章 電化學儲能設計相關理論
3.1電化學儲能電傳導理論 023
3.1.1電傳導的導電機理 023
3.1.2電子和離子的傳導行為 025
3.2法拉第定律及其應用 028
3.2.1法拉第定律 028
3.2.2二次電池充電效率 029
3.2.3電極活性物質的利用效率 030
3.2.4法拉第定律在電化學儲能設計中的應用 030
3.3電化學儲能熱力學基礎 031
3.3.1可逆電池 031
3.3.2可逆電極 033
3.3.3電位-pH圖 035
3.4電化學儲能動力學基礎 038
3.4.1不可逆的電極過程 038
3.4.2金屬的陽極過程 042
3.5電池設計中的表界面原理 045
3.5.1表界面的含義與分類 045
3.5.2液體表面 046
3.5.3固體表面 047
3.5.4高分散體系的表面能 048
3.5.5固-液界面現象 048
3.5.6電極 溶液界面的雙電層現象 050
3.6電池成組原理 051
3.6.1電池的串聯 051
3.6.2電池的并聯 052
3.6.3電池的復聯(串并聯) 052
思考題 053
參考文獻 053
第4章 電化學儲能設計過程
4.1電化學儲能設計的目標和電化學儲能器件標準 054
4.1.1電化學儲能設計目標 054
4.1.2電化學儲能器件標準 054
4.2電化學儲能設計的基本程序 057
4.2.1設計理念標準化 057
4.2.2綜合分析 057
4.2.3性能設計 058
4.2.4結構設計 059
4.2.5安全性設計 060
4.3電化學儲能設計的一般步驟 061
4.3.1了解電化學儲能的性能指標及使用條件 061
4.3.2確定電化學儲能的基本參數及工藝設計 061
4.3.3確定正負極活性物質的用量 062
4.3.4確定正負極板的平均厚度 063
4.3.5確定隔膜材料及相關參數 063
4.3.6確定電解質種類及用量 064
4.3.7確定電化學儲能器件的裝配松緊度及
單體電化學儲能器件容器尺寸 065
思考題 065
參考文獻 066
第5章 各類化學電源設計
5.1鋰離子電池設計 067
5.1.1鋰離子電池概述 067
5.1.2鋰離子電池性能設計 069
5.1.3鋰離子電池結構設計 072
5.1.4鋰離子電池工藝設計 077
5.1.5軟包鋰離子電池設計 080
5.1.6固態鋰離子電池 087
5.2鈉離子電池設計 091
5.2.1鈉離子電池概述 091
5.2.2鈉離子電池性能設計 094
5.2.3鈉離子電池結構設計 096
5.2.4鈉離子電池工藝設計 098
5.2.5軟包鈉離子電池設計 102
5.3鋰-硫電池設計 106
5.3.1鋰-硫電池概述 106
5.3.2鋰-硫電池設計相關因素 108
5.3.3鋰-硫電池設計關鍵技術 109
5.3.4鋰-硫電池設計基本過程 110
5.3.5軟包鋰-硫電池設計 114
5.4鋰-空氣電池設計 117
5.4.1鋰-空氣電池概述 117
5.4.2鋰-空氣電池設計相關因素 118
5.4.3鋰-空氣電池設計關鍵技術 119
5.4.4鋰-空氣電池設計基本過程 119
5.4.5鋰-空氣電池設計案例1 120
5.4.6鋰-空氣電池設計案例2 120
5.5鋅-空氣電池設計 121
5.5.1鋅-空氣電池概述 121
5.5.2鋅-空氣電池設計相關因素 122
5.5.3鋅-空氣電池設計關鍵技術 123
5.5.4鋅-空氣電池設計基本過程 124
5.5.5鋅-空氣電池設計 124
5.6水系離子電池設計 125
5.6.1水系離子電池概述 125
5.6.2水系離子電池關鍵材料 128
5.6.3水系離子電池設計關鍵技術 134
5.6.4水系離子電池設計相關因素 135
5.6.5水系離子電池設計基本過程 136
5.6.6水系離子電池設計案例 137
5.6.7水系離子軟包電池 138
5.7液流電池設計 142
5.7.1液流電池概述 142
5.7.2液流電池的關鍵材料 145
5.7.3液流電池設計關鍵技術 146
5.7.4液流電池設計基本過程 150
5.7.5液流電池發展現狀 151
5.7.6液流電池設計原則 151
5.8電化學電容器設計 152
5.8.1電化學電容器概述 152
5.8.2電化學電容器設計關鍵技術 154
5.8.3電化學電容器設計基本過程 156
5.8.4電化學電容器設計 161
思考題 164
參考文獻 164
第6章 各類化學電源應用場景
6.1傳統水系電池的應用 168
6.1.1鉛酸電池的應用 168
6.1.2鎳-鎘電池的應用 169
6.1.3鎳-氫電池的應用 170
6.2堿金屬離子電池的應用 171
6.2.1鋰離子電池的應用 171
6.2.2鈉離子電池的應用 175
6.3金屬鋰電池的應用 179
6.3.1鋰-硫電池的應用 179
6.3.2鋰-空氣電池的應用 181
6.4新型水系電池的應用 183
6.4.1鋅-空氣電池的應用 183
6.4.2水系離子電池的應用 186
6.5液流電池的應用 188
6.5.1全釩液流電池的應用 188
6.5.2其他液流電池的應用 191
6.6超級電容器的應用 193
6.6.1超級電容器的市場和政策導向 193
6.6.2超級電容器的應用 194
6.6.3超級電容器標準及展望 202
思考題 202
參考文獻 202
第7章 “雙碳”目標下電化學儲能的綠色低碳可再生發展
7.1概述 207
7.1.1“雙碳”目標 207
7.1.2“雙碳”目標下的電化學儲能 208
7.2電化學儲能的清潔生產 210
7.2.1清潔生產的含義 210
7.2.2清潔生產的實施 210
7.2.3電池行業清潔生產評價指標體系 211
7.3電化學儲能的綠色再生 219
7.3.1綠色再生的含義 219
7.3.2綠色再生的實施 219
7.3.3電池行業綠色再生評價指標體系 220
7.4廢舊電池的資源化 221
7.4.1鉛酸電池 221
7.4.2鎳-鎘電池 223
7.4.3鎳-氫電池 224
7.4.4鋰離子電池 227
7.5總結與展望 233
思考題 234
參考文獻 234
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電化學儲能設計及應用(吳川) 作者簡介
吳川，教授，北京理工大學材料學院副院長，長期從事先進能源材料的研究工作，目前的研究領域主要關注能量儲存與轉體系及其關鍵材料，包括鋰離子電池、鈉離子電池、鋁二次電池以及其他高性能二次電池新體系；開展新型儲能材料、多電子電極材料、潔凈能源催化劑的合成、結構與電化學表征。2012年入選“新世紀優秀人才”支持計劃；2009年入選北京市科技新星；2008年作為主要完成人獲得中國有色金屬工業協會科學技術一等獎；2007年入選北京市優秀人才培養計劃；2005年入選北京理工大學首批優秀青年教師資助計劃； 2014年入選北京理工大學第九屆“我愛我師”十佳教師；作為負責人主持了國家973課題、國家自然科學基金、北京市自然科學基金重點項目、博士點基金等科研項目；在包括NatureCommun., Adv. Mater.,Adv. Energy Mater., Adv. Sci., Nano Energy, Chem. Mater., J. Mater. Chem. A, ACS Appl. Mater. & Interfaces, J. Power Sources, Electrochem. Commun., Electrochim. Acta等在內的學術期刊發表SCI論文100余篇；申請國家發明專利45項，已獲授權18項；受邀在國際會議做邀請報告20余次。擔任第7至14屆“動力鋰電池技術及產業發展國際論壇”主席團成員；任中國儲能與動力電池及其材料專業委員會副秘書長；任全國燃料電池及液流電池標準化技術委員會委員；任 Nature Commun . , Adv. Mater., JACS, Angew. Chem. 等四十多種國際期刊審稿人。研究領域： 1、新能源材料； 2、能量儲存與轉化體系及其關鍵材料； 3、多電子電極材料； 4、氫能與燃料電池催化劑。
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