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1 概述 1

本章内容提要 1

1.1 能源 1

1.2 新能源及其利用技术 2

1.3 新能源材料 4

1.4 新能源材料发展方向 4

1.5 新能源材料的关键技术 7

思考题 9

参考文献 9

2 金属氢化物镍（Ni/MH）电池材料 11

本章内容提要 11

2.1 金属氢化物镍电池简介 12

2.1.1 金属氢化物镍电池工作原理 12

2.1.2 储氢合金的基本特征 13

2.1.3 储氢合金电极材料的主要特征 14

2.2 储氢合金负极材料 15

2.2.1 AB5型混合稀土系统储氢电极合金 16

2.2.2 AB2型Laves相储氢电极合金 28

2.2.3 其他新型高容量储氢合金电极材料 31

2.3 镍正极材料 34

2.3.1 氢氧化镍电极的充放电机制 35

2.3.2 氢氧化镍在充放电过程中的晶型转换 36

2.3.3 球形Ni（OH）2正极材料的基本性质与制备方法 36

2.3.4 影响高密度球形Ni（OH）2电化学性能的因素 39

2.3.5 Ni（OH）2正极材料的研究动向 40

2.4 Ni/MH电池的设计与制造 42

2.4.1 Ni/MH电池的设计基础 42

2.4.2 Ni/MH电池的设计步骤 44

2.4.3 Ni/MH电池的制造 47

2.5 Ni/MH电池材料的再生利用 48

2.5.1 Ni/MH电池的生产和回收概况 49

2.5.2 Ni/MH电池材料的再生利用技术 49

思考题 52

参考文献 52

3 锂离子电池材料 54

本章内容提要 54

3.1 概述 54

3.2 锂离子电池的工作原理 56

3.2.1 工作原理 56

3.2.2 特点 56

3.2.3 结构组成 57

3.2.4 与电池相关的基本概念 58

3.3 锂离子电池负极材料 58

3.3.1 金属锂负极材料 59

3.3.2 锂合金与合金类氧化物负极材料 59

3.3.3 石墨与石墨层间化合物 60

3.3.4 石墨化中间相碳微珠 62

3.3.5 热解碳负极材料 62

3.3.6 过渡金属氧化物负极材料 63

3.3.7 Li4Ti5O12负极材料 63

3.3.8 Si基负极材料 64

3.3.9 石墨烯基负极材料 64

3.3.10 硫化物负极材料 64

3.4 锂离子电池正极材料 64

3.4.1 正极材料的选择要求 65

3.4.2 LiCoO2正极材料 66

3.4.3 LiNiO2正极材料 66

3.4.4 LiMnO2正极材料 67

3.4.5 LiMn2O4正极材料 67

3.4.6 α-V2O5及其锂化衍生物 69

3.4.7 橄榄石结构LiMPO4正极材料 70

3.4.8 LiNi1-xCoxO2正极材料 72

3.4.9 LiNi1/2Mn1/2O2正极材料 72

3.4.10 LiNixCo1-2xMnxO2正极材料 72

3.4.11 高容量高电压正极材料 73

3.4.12 石墨烯-LiMPO4（M=Fe，V和Mn）复合正极材料 74

3.5 电解质材料 75

3.5.1 非水有机液体电解质 75

3.5.2 聚合物电解质 80

3.5.3 离子液体电解质 82

3.6 隔膜材料 82

3.7 锂离子电池主要应用和发展趋势 83

思考题 84

参考文献 84

4 燃料电池材料 85

本章内容提要 85

4.1 概述 85

4.1.1 燃料电池工作原理 86

4.1.2 燃料电池的分类 88

4.1.3 燃料电池的研究现状 90

4.1.4 前景与挑战 94

4.2 质子交换膜型燃料电池（PEMFC） 95

4.2.1 PEMFC简介 95

4.2.2 电催化剂 96

4.2.3 气体扩散电极及制备工艺 97

4.2.4 质子交换膜 99

4.2.5 双极板材料与流场 101

4.2.6 电池组技术 102

4.3 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC） 106

4.3.1 MCFC简介 106

4.3.2 MCFC电极材料 107

4.3.3 电池结构与性能 111

4.3.4 MCFC需解决的关键技术 113

4.4 固体氧化物燃料电池（SOFC） 114

4.4.1 SOFC简介 114

4.4.2 SOFC关键材料 116

4.4.3 SOFC结构设计 121

4.5 碱性燃料电池（AFC） 126

4.5.1 AFC简介 126

4.5.2 电催化剂与电极 127

4.5.3 AFC性能影响因素 127

4.6 磷酸盐燃料电池（PAFC） 128

4.6.1 PAFC简介 128

4.6.2 PAFC结构材料 129

4.6.3 PAFC性能 131

思考题 134

参考文献 135

5 太阳能电池材料 136

本章内容提要 136

5.1 太阳能电池发展概况 136

5.2 太阳能电池的工作原理 144

5.2.1 半导体的结构 144

5.2.2 太阳能电池的工作原理 148

5.3 太阳能电池的结构与特性 149

5.3.1 太阳能电池的结构 149

5.3.2 太阳能电池的特性 150

5.3.3 太阳能电池的等效电路 155

5.4 标准硅太阳能电池制备工艺 156

5.4.1 硅材料的基本性质 156

5.4.2 碳热还原法制备冶金硅 161

5.4.3 高纯多晶硅制备 161

5.4.4 太阳能电池单晶硅与多晶硅的制备 165

5.4.5 硅太阳能电池片的制备 172

5.4.6 太阳能电池组件制备 175

5.5 薄膜太阳能电池 177

5.5.1 非晶硅太阳能电池 177

5.5.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池 179

5.5.3 Ⅱ-Ⅵ族化合物太阳能电池 185

5.5.4 多元系化合物太阳能电池 186

5.6 其他新型太阳能电池 188

5.6.1 有机半导体太阳能电池 188

5.6.2 染料敏化纳米晶太阳能电池 191

5.6.3 钙钛矿太阳能电池 193

5.6.4 量子点太阳能电池 198

思考题 201

参考文献 201

6 半导体照明发光材料 203

本章内容提要 203

6.1 发光与发光材料 203

6.1.1 光致发光与电致发光 203

6.1.2 发光材料的主要性能表征 204

6.2 LED发光材料 207

6.2.1 LED的发展概况 207

6.2.2 LED的结构及工作原理 207

6.2.3 LED光源特点 208

6.2.4 照明用LED特性 208

6.2.5 LED产业链构成 209

6.3 半导体发光材料 209

6.3.1 砷化镓（GaAs） 210

6.3.2 氮化镓（GaN） 210

6.3.3 磷化镓（GaP） 210

6.3.4 氧化锌（ZnO） 210

6.3.5 碳化硅（SiC） 211

6.4 LED用荧光粉 211

6.4.1 铈掺杂钇铝石榴石 211

6.4.2 白光LED发光材料的深入研究与新体系探索 218

6.4.3 硅酸盐发光材料 219

6.4.4 氮化物发光材料 231

6.5 OLED发光材料 245

6.5.1 有机半导体 246

6.5.2 OLED的发光原理与结构 246

6.5.3 OLED照明 247

思考题 249

参考文献 249

7 相变储能材料 258

本章内容提要 258

7.1 相变储能的基本原理 258

7.2 相变材料的分类 258

7.2.1 固-液相变储能材料 259

7.2.2 固-固相变储能材料 260

7.2.3 复合相变储能材料 261

7.2.4 相变储能材料的筛选原则 262

7.3 几种相变储能材料 263

7.3.1 无机水合盐 263

7.3.2 有机相变材料 268

7.3.3 金属及合金 272

7.4 相变储能材料的工程应用 273

7.4.1 相变储能材料在建筑节能中的应用 273

7.4.2 相变储能材料在太阳能中的应用 278

7.4.3 相变储能材料在其他方面的应用 280

7.5 总结与展望 281

思考题 282

参考文献 282

8 超级电容器材料 285

本章内容提要 285

8.1 超级电容器的概述 285

8.1.1 超级电容器的基本介绍 285

8.1.2 超级电容器的一般结构 286

8.1.3 超级电容器的应用 287

8.1.4 超级电容器使用注意事项 288

8.2 超级电容器的工作原理 288

8.2.1 双电层电容存储机理 288

8.2.2 法拉第准（赝）电容存储机理 290

8.2.3 超级电容器的特点 290

8.3 超级电容器电极材料 291

8.3.1 碳材料 291

8.3.2 金属化合物 298

8.3.3 导电聚合物 303

8.3.4 复合电极材料 306

8.4 超级电容器电解液 311

8.4.1 水系电解质 311

8.4.2 有机电解质体系 313

8.4.3 离子液体体系电解质 314

8.4.4 聚合物电解质 317

8.5 超级电容器的展望 319

思考题 319

参考文献 319

9 非锂金属离子电池材料 321

本章内容提要 321

9.1 引言 321

9.1.1 非锂金属离子电池的工作原理 321

9.1.2 非锂金属离子电池的种类 322

9.2 钠离子电池材料 323

9.2.1 发展概况 323

9.2.2 钠离子电池的工作原理 324

9.2.3 钠离子电池负极材料 325

9.2.4 钠离子电池正极材料 328

9.2.5 电解质材料 330

9.2.6 隔膜材料 330

9.2.7 钠离子电池主要应用和发展趋势 330

9.3 镁离子电池材料 331

9.3.1 发展概况 331

9.3.2 镁离子电池的工作原理及特点 331

9.3.3 镁离子电池负极材料 331

9.3.4 镁离子电池正极材料 333

9.3.5 电解液 334

9.3.6 镁离子电池的发展趋势 335

9.4 铝离子电池材料 336

9.4.1 概述 336

9.4.2 铝离子电池的研究现状 336

9.4.3 未来展望 337

思考题 337

参考文献 338