先进能源材料与器件

《先进能源材料与器件》系统介绍了太阳能电池材料与器件、氢能材料与技术、燃料电池材料与器件、生物质能材料与技术、新型二次电池材料与器件、新型介电储能材料与器件以及它们的研究进展、发展趋势和应用前景。在此基础上，着重阐述了TOPCon电池、氢燃料电池、生物质制氢、钠离子电池等热点优选能源技术，同时涵盖了新型介电储能等特色内容，体现了时代性和前沿性。每章内容后面附有习题和近期新参考文献，便于对知识的深入理解和掌握。
本书是材料类、能源类、化学化工类等专业的本科生与研究生教材，也可供相关领域技术人员参考。

刘晓燕，工学博士，教授。日本筑波大学材料工程学硕士，日本九州大学材料工程学博士。曾任日本国立物质材料研究所（NIMS）特别研究员，美国华盛顿大学（UW）Research Scientist。于2013年11月应聘回国，担任重庆科技学院教授，纳微复合材料与器件重庆市重点实验室新能源材料与器件平台负责人。研究方向为铁电材料及纳米功能材料。 近年来，主持美国华盛顿大学GAP Fund 1项，主持国家基金委面上项目1项，主持深圳市科创委基础研究项目1项，主研日本文部省重大项目2项，主研日美科研合作项目2项；以第*一作者/通讯作者在ACS Applied Materials & Interfaces, Nanoscale, Journal of Power Sources等期刊发表SCI论文50余篇；应邀在国际/国内学术会议做主题报告和邀请报告25 余次，获国际学术会议蕞*佳墙报奖3次（指导硕士生获奖1次），以排名第*一获重庆产学研科技成果创新奖一等奖1项；以第*一发明人获日本授权发明专利2项（已在日本实现产业化），美国授权发明专利2项，中国授权发明专利3项。 2012年获批美国杰出人才计划 (EB-1A-Extraordinary Ability)，2014年入选巴渝海外引智计划专家、重庆市高层次人才。主要学术和社会兼职包括：中科院深圳优选技术研究院客座研究员，河北工业大学客座教授，重庆大学博士生导师，教育部硕士/博士论文评审专家，中国硅酸盐学会微纳技术分会第*一届理事会理事，优选功能材料与原子力显微技术系列国际学术会议组委会委员，Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Nano Letters, Small, Applied Physics Letters等10余种SCI期刊论文长期审稿人。

第1章 绪论 001
1.1 常规能源 001
1.2 新能源 002
1.3 优选能源技术 003
1.3.1 太阳能 003
1.3.2 氢能 004
1.3.3 燃料电池 006
1.3.4 生物质能 008
1.3.5 化学电源 009
1.3.6 介电储能 012
习题 013
参考文献 013
 
第2章 太阳能电池材料与器件 015
2.1 概述 015
2.1.1 太阳能 015
2.1.2 太阳能电池的发展与展望 016
2.2 太阳能电池中的光电转换机制 转换机制 017
2.3 太阳能电池的分类 018
2.4 p型晶硅太阳能电池 018
2.4.1 多晶硅太阳能电池 019
2.4.2 单晶硅太阳能电池 022
2.5 n型晶硅太阳能电池 024
2.5.1 HJT太阳能电池 025
2.5.2 TOPCon太阳能电池 027
2.6 背接触太阳能电池 029
2.6.1 金属缠绕穿透技术（MWT）太阳能电池 029
2.6.2 IBC太阳能电池 029
2.6.3 HBC太阳能电池 030
2.6.4 TBC太阳能电池 031
2.7 多元化合物太阳能电池 032
2.7.1 GaAs薄膜太阳能电池 033
2.7.2 CdTe薄膜太阳能电池 033
2.7.3 CIGS薄膜太阳能电池 035
2.8 钙钛矿太阳能电池 037
2.8.1 钙钛矿太阳能电池简介 037
2.8.2 单结钙钛矿太阳能电池 039
2.8.3 叠层电池 039
习题 041
参考文献 041
 
第3章 氢能材料与技术 045
3.1 概述 045
3.1.1 氢的性质 045
3.1.2 氢的发展简史 047
3.1.3 氢的展望 049
3.2 氢的制备方法 050
3.2.1 化石燃料制氢 050
3.2.2 生物质制氢 054
3.2.3 太阳能制氢 056
3.2.4 电解水制氢 064
3.3 氢的纯化 069
3.3.1 金属氢化物法 070
3.3.2 吸附法 072
3.4 氢的存储 073
3.4.1 金属储氢材料 074
3.4.2 无机化合物储氢材料 075
3.4.3 有机液体储氢材料 076
3.4.4 碳质储氢材料 076
3.5 氢的应用 077
习题 077
参考文献 078
 
第4章 燃料电池材料与器件 082
4.1 概述 082
4.1.1 燃料电池的概念 082
4.1.2 燃料电池的发展 084
4.1.3 燃料电池的组成 085
4.1.4 燃料电池的基本原理 087
4.1.5 燃料电池的性能参数 088
4.2 燃料电池的分类 090
4.2.1 碱性燃料电池 090
4.2.2 磷酸燃料电池 091
4.2.3 熔融碳酸盐燃料电池 091
4.2.4 固体氧化物燃料电池 092
4.2.5 质子交换膜燃料电池 093
4.3 质子交换膜燃料电池 094
4.3.1 工作原理 094
4.3.2 电催化剂 099
4.3.3 催化剂载体 104
4.3.4 质子交换膜 112
4.4 燃料电池的应用 115
4.4.1 固定电源 116
4.4.2 交通动力 116
4.4.3 便携式电源 117
习题 117
参考文献 118
 
第5章 生物质能材料与技术 123
5.1 概述 123
5.1.1 生物质 123
5.1.2 生物质能 124
5.1.3 生物质能利用技术 125
5.2 生物质发电 127
5.2.1 生物质直接燃烧发电 127
5.2.2 生物质气化发电 127
5.2.3 沼气发电 128
5.3 生物燃料乙醇 128
5.3.1 生物燃料乙醇的制备原理 129
5.3.2 生物燃料乙醇的制备工艺 130
5.3.3 糖类原料制备生物燃料乙醇 131
5.3.4 淀粉类原料制备生物燃料乙醇 131
5.3.5 纤维素类原料制备生物燃料乙醇 131
5.4 生物柴油 133
5.4.1 生物柴油的制备原理 134
5.4.2 生物柴油的制备工艺 135
5.5 生物质制氢 136
5.5.1 生物质制氢原理 136
5.5.2 生物质制氢工艺 137
习题 140
参考文献 140
  
第6章 新型二次电池材料与器件 141
6.1 概述 141
6.2 锂离子电池 141
6.2.1 锂离子电池正电极材料 142
6.2.2 锂离子电池负极材料 147
6.2.3 锂离子电池电解质 150
6.2.4 锂离子电池隔膜 154
6.3 水基锂离子电池 157
6.3.1 第一代水基锂离子电池 157
6.3.2 第二代水基锂离子电池 159
6.3.3 第三代水基锂离子电池 159
6.3.4 盐包水可充电锂电池 159
6.4 锂硫电池 160
6.4.1 锂硫电池原理 160
6.4.2 硫正电极 161
6.4.3 锂硫电池电解液 161
6.5 锂空气电池 162
6.6 钠离子电池 163
6.6.1 钠离子电池正极材料 164
6.6.2 钠离子电池负极材料 165
6.6.3 钠离子电池电解质 165
习题 167
参考文献 167
  
第7章 新型介电储能材料与器件 171
7.1 概述 171
7.1.1 介电储能概念 172
7.1.2 介电储能的基本原理 176
7.1.3 介电储能器件 177
7.2 介电储能材料 178
7.2.1 非铁电储能材料 178
7.2.2 铁电储能材料 179
7.2.3 弛豫铁电储能材料 180
7.2.4 反铁电储能材料 180
7.2.5 铁电储能复合材料 181
7.3 介电储能材料性能参数 184
7.3.1 介电性能 184
7.3.2 击穿场强 184
习题 186
参考文献 186