具体描述
本书系统介绍了蓄热领域的基础理论和国内外近年来的主要研究成果和最新进展，详细介绍了蓄热技术概述，蓄热式热交换器，蒸汽蓄热器的原理及应用，蓄热型热泵，太阳能利用中的蓄热技术，蓄热技术在航天、轻工、建筑、空调中的应用，蓄热式电锅炉在供暖中的应用等内容。
本书可供化工、热能动力、轻工、暖通、空调等部门的工程技术人员及设计人员参考，也可作为大学本科、研究生的学习参考资料。
深入解析前沿材料科学与绿色能源转换的综合性著作 书名： 绿色能源存储与转换：新型材料、系统集成与未来展望 作者： [此处可填写作者姓名，例如：王建华，李明] 出版社： [此处可填写出版社名称，例如：科学出版社] 出版年份： [此处可填写年份，例如：2024年] --- 内容概要 本书是一部系统、深入探讨当前全球能源领域面临的关键挑战，并聚焦于新型材料设计、先进存储技术（非热能存储）以及高效能源转换系统集成的综合性专业参考书。全书围绕“绿色”与“可持续性”两大核心主题，旨在为材料科学家、能源工程师、系统设计师以及政策制定者提供一个全面且具有前瞻性的知识框架。 本书的结构设计旨在引导读者从微观的材料原子尺度，逐步深入到宏观的系统工程应用，重点关注电化学储能、光电/光催化转换、氢能技术及先进热力学循环等前沿领域，但不涉及传统意义上的显式或潜热蓄热技术。 全书共分为五大部分，共十七章。 --- 第一部分：基础理论与前沿材料设计（第1章至第3章） 本部分奠定了理解现代能源存储与转换系统的理论基础，并深入探讨了支撑这些技术发展的关键新型功能材料的理性设计原则。 第1章：可持续能源系统的热力学与动力学基础回顾 本章首先回顾了能量转换效率的极限（如卡诺效率的限制），并重点分析了非平衡态热力学在描述快速、高密度能量转换过程中的应用。内容涵盖了基于吉布斯自由能的电池反应驱动力分析，以及电化学界面反应的动力学控制因素，如电荷转移系数和表面极化效应。 第2章：用于高性能电化学储能的新型二维与拓扑材料 本章是本书的重点之一，专注于探索超越传统块体材料的二维（2D）和零维（0D）纳米结构在储能中的应用。详细阐述了石墨烯、过渡金属硫化物（TMDs）的层状结构如何优化离子扩散路径，并介绍了量子点和金属有机框架（MOFs）在电极材料中的优势，如高比表面积和可调控的孔隙结构。特别强调了如何利用晶格缺陷工程来提升材料的导电性和稳定性。 第3章：光电催化与人工光合作用的前沿 本章聚焦于模拟自然光合作用，实现太阳能到化学燃料或电能的高效转化。深入分析了半导体光催化剂（如氮化碳、钙钛矿结构）的带隙工程，以实现对可见光的高效吸收。讨论了光电化学电池（PEC）中的电荷分离效率限制因素，并详细介绍了用于析氢反应（HER）和析氧反应（OER）的非贵金属催化剂的设计策略。 --- 第二部分：电化学储能系统的深度解析（第4章至第7章） 本部分完全聚焦于目前最活跃的电化学储能领域，涵盖了从商业化技术到下一代高能量密度系统的全面技术剖析。 第4章：锂离子电池的固态电解质界面（SEI）调控 本章细致分析了锂离子电池性能衰减的关键——固体电解质界面（SEI）的形成与演变。阐述了不同添加剂（如氟代碳酸乙烯酯FEC）对SEI层化学成分和机械性能的影响，并介绍了原位光谱技术（如拉曼、XPS）如何实时监测SEI的动态变化。 第5章：超越锂：钠离子电池与多价离子电池的挑战与机遇 本章探讨了替代锂的储能体系。针对钠离子电池，详细比较了硬碳和软碳负极的储钠机理，并讨论了如何在现有框架下克服钠离子尺寸效应带来的结构膨胀问题。对于锌离子和镁离子电池，重点分析了其高电位窗口的实现难度以及界面副反应的抑制策略。 第6章：液流电池系统的高效集成与长寿命设计 液流电池因其独立于功率和能量的特性，在电网级储能中占据重要地位。本章着重于全钒液流电池（VRFB）中电解液的浓度优化、膜电极组件（MEA）的设计，以及如何通过先进的电化学工程手段抑制钒离子交叉污染和活性物质的析出。此外，对有机液流电池的分子设计也进行了展望。 第7章：高功率密度超级电容器与混合储能器件 本章区分了法拉第过程（赝电容）和双电层电容（EDLC）。重点介绍了过渡金属氧化物和导电聚合物作为赝电容材料的制备工艺及其在提高能量密度方面的潜力。同时，分析了超级电容器在瞬态功率补偿应用中的系统限制。 --- 第三部分：先进能源转换与氢能技术（第8章至第11章） 本部分关注如何将可再生能源转化为易于利用的载体（如氢气）或直接进行高效利用。 第8章：下一代燃料电池的关键技术：质子交换膜与电催化剂 本章详细论述了低温质子交换膜燃料电池（PEMFC）中质子传导膜的机械强度和抗水合能力问题。深入剖析了铂基电催化剂在氧还原反应（ORR）中的局域电子结构调控，以及非贵金属催化剂（如Fe-N-C）的活性位点构筑策略。 第9章：高效电解水制氢的系统优化 本章聚焦于碱性电解槽（AEC）和PEM电解槽的效率瓶颈。讨论了如何通过新型纳米结构电极材料（如镍铁层状双氢氧化物LDHs）来降低过电位。内容还包括系统层面的设计，如气体的分离与纯化技术。 第10章：光伏系统中的非晶硅与钙钛矿薄膜的稳定性研究 本章分析了薄膜光伏器件的核心问题——长期环境稳定性。详细探讨了水、氧气和热应力对钙钛矿晶体结构降解的影响机制，并介绍了ALD（原子层沉积）技术在钝化缺陷和封装材料开发中的应用。 第11章：热电材料的塞贝克效应增强与材料合成 本章探讨了热电转换的基本原理，即温差发电。重点分析了如何通过“声子玻璃——电子晶体”的设计理念来解耦晶格热导率和电子输运性能。介绍了基于碲化铋（Bi2Te3）和硫系化合物的材料合成与形貌控制，以期提高材料的ZT值。 --- 第四部分：系统集成、控制与智能化（第12章至第14章） 本部分从工程实践角度出发，探讨了如何将实验室成果转化为可靠、可控的实际应用系统。 第12章：储能系统的多物理场耦合建模与仿真 本章介绍了用于描述复杂电化学和热力学行为的数值模拟方法。详细介绍了有限元法（FEM）和计算流体力学（CFD）在分析电池热失控传播路径和电解液流动分布中的应用，强调了模型准确性对系统安全性的指导意义。 第13章：电化学储能系统的状态监测与预测性维护 本章探讨了电池健康状态（SOH）和荷电状态（SOC）的精确估计方法。内容涵盖了基于电化学阻抗谱（EIS）的内阻监测，以及利用卡尔曼滤波和深度学习模型对早期故障（如内部短路）的早期预警技术。 第14章：微电网中的多能源调度与优化控制 本章将储能系统置于区域能源网络中进行考察。讨论了基于强化学习（RL）的实时能量管理系统（EMS），用于优化光伏、风电、储能单元和负荷之间的功率潮流，以确保微电网的自给自足和电能质量。 --- 第五部分：环境影响与未来趋势（第15章至第17章） 本部分对前沿技术的生命周期进行评估，并展望了下一代能源技术的发展方向。 第15章：关键材料的生命周期评估（LCA）与循环经济 本章对锂、钴、镍等关键电池原材料的开采、制造、使用及报废过程进行了系统的环境影响评估。重点讨论了废旧电池的高效湿法和火法回收技术，以及提取高纯度金属的绿色化学工艺。 第16章：柔性电子与可穿戴能源设备的集成 本章关注能源技术的微型化和柔性化趋势。介绍了基于聚合物和纤维材料制备的柔性电池、纤维状超级电容器和可拉伸的电化学传感器，探讨了其在生物医学和智能纺织品中的潜在应用。 第17章：能源转换与存储领域的未来十年展望 本章对书中未深入探讨但极具潜力的领域进行了概述，包括固态核能（非热能释放）、室温超导材料在能量传输中的应用潜力，以及新型分子电子学在信息与能源交叉领域的前景。强调了跨学科合作对于突破当前性能瓶颈的关键作用。 --- 读者对象 本书适合高等院校能源科学、材料科学、化学工程、电气工程等专业的硕士和博士研究生、科研人员，以及从事新型储能与转换设备设计、制造和运营的工程技术人员。 --- 本书的独特价值： 本书摒弃了对传统热力学存储方法的冗余论述，而是聚焦于电化学、光电化学和先进催化等需要高精度材料科学支撑的前沿技术，为读者构建了一个前沿且专注于非热能系统的知识体系。
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