Advances in Electrochemical Science and Engineering (Advances in Electrochemical Sciences and Engine pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Wiley-VCH

作者:Lipkowski, Jacek 编

出品人:

页数:427

译者:

出版时间:2006-10-27

价格:USD 225.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783527313174

丛书系列:

图书标签:

电化学
材料科学
工程学
能源
传感器
腐蚀
电解
电催化
纳米材料
储能

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具体描述

This ninth volume in the series concentrates on in situ spectroscopic methods and combines a balanced mixture of theory and applications, making it highly readable for chemists and physicists, as well as for materials scientists and engineers. As with the previous volumes, all the chapters continue the high standards of this series, containing numerous references to further reading and the original literature, for easy access to this new field. The editors have succeeded in selecting highly topical areas of research and in presenting authors who are leaders in their fields, covering such diverse topics as diffraction studies of the electrode-solution interface, thin organic films at electrode surfaces, linear and non-linear spectroscopy as well as sum frequency generation studies of the electrified solid-solution interface, plus quantitative SNIFTIRS and PM-IRRAS. Special attention is paid to recent advances and developments, which are critically and thoroughly discussed. The result is a compelling set of reviews, serving equally well as an excellent and up-to-date source of information for experienced researchers in the field, as well as as an introduction for newcomers.

聚焦材料科学前沿：现代电池技术与能源存储系统图书简介本书旨在深入探讨当前驱动能源革命的先进材料科学与工程领域，特别是聚焦于新一代电池技术、超级电容器以及其他高能效储能系统的设计、制造与性能优化。本书内容涵盖了从基础的电化学原理到前沿的固态电解质、新型电极材料的开发，以及实际应用中的系统集成挑战。它不仅仅是一本理论教科书，更是一份面向科研人员、工程师和技术决策者的实践指南，旨在桥接实验室发现与工业化应用之间的鸿沟。第一部分：储能技术的基础与范式转变本部分首先为读者奠定坚实的理论基础，阐述了电化学储能系统的核心原理，并着重分析了当前主流技术（如锂离子电池）面临的局限性，从而引出对下一代技术的迫切需求。第一章：电化学储能的基石详细回顾了法拉第定律、能斯特方程在电池系统中的应用。深入分析了电荷转移动力学、物质传输限制（如锂离子在电解液和电极材料中的扩散）对电池倍率性能和循环寿命的关键影响。重点探讨了不同电池体系（如锌离子、钠离子、镁离子体系）的电化学势窗口与理论能量密度对比。第二章：传统锂离子电池的瓶颈与演进深入剖析了现有商业化锂离子电池（LFP、NMC等）在能量密度、安全性和寿命方面的内在矛盾。讨论了SEI（固体电解质界面）的形成机制、不稳定性及其对电池衰退的累积效应。分析了高电压正极材料（如富锂锰基材料）在脱嵌锂过程中结构坍塌和氧析出的挑战。第三章：面向高能效的电极材料革新本章集中讨论了硅基负极、锂金属负极的开发进展。对于硅负极，详细分析了其巨大的体积膨胀问题，并介绍了通过纳米结构设计（如多孔硅、硅碳复合结构）来缓解机械应力的方法。对于锂金属，则着重讨论了枝晶生长机理的电化学控制，以及如何利用涂层技术或三维集流体来抑制锂枝晶的形成，以确保高安全性和长循环寿命。第二部分：下一代电解质与界面工程电解质是决定电池性能、安全性和工作温度范围的核心要素。本部分将焦点转向电解质的创新，特别是固态电池和半固态电池的研发前沿。第四章：全固态电池的机遇与挑战详细介绍了不同类型的固态电解质（SSEs）：无机氧化物、硫化物和聚合物电解质的合成方法、离子电导率和界面接触特性。重点分析了固-固界面的高阻抗问题，讨论了利用高压压实、原位形成缓冲层或使用界面修饰剂来改善固态电池中正负极界面的接触质量。第五章：离子导电性的热力学与动力学从晶体结构和缺陷化学的角度，深入解析了氧化物（如LLZO、LAGP）和硫化物（如LGPS、argyrodites）固态电解质中的离子迁移机制。探讨了如何通过元素掺杂来优化晶格结构，提高室温下的锂离子迁移率，并评估了它们对空气和湿气的敏感性。第六章：液态电解质的深度优化即使在向固态转型的过程中，高性能液态电解质依然重要。本章讨论了新型阻燃添加剂、高熵电解液以及离子液体在宽温域应用中的潜力。分析了溶剂化结构的变化如何影响锂离子的迁移数和氧化稳定性，从而提高电池在4.5V以上电压下的运行安全性。第三部分：系统集成、制造工艺与寿命预测成功的储能系统不仅仅依赖于单体电池的优异性能，更依赖于高效的制造工艺、精密的系统管理和准确的寿命预测模型。第七章：先进制造技术对性能的影响本章侧重于生产环节的工程化问题。详细介绍了干法电极涂覆技术在降低成本和能耗方面的优势及其在提高电极密度上的挑战。探讨了卷绕/叠片工艺对电池内应力和结构均匀性的影响。对于固态电池，分析了薄膜制备技术（如溅射、烧结）在保证界面致密性方面的关键作用。第八章：热管理系统与电池安全工程电池安全是系统集成的核心。本章分析了热失控（Thermal Runaway）的传播机制，包括热累积、气体释放和连锁反应。对比了气冷、液冷（直接接触式与间接接触式）以及相变材料（PCM）在不同规模储能系统中的热管理效率。讨论了基于早期状态监测的故障预测与主动干预策略。第九章：基于电化学阻抗谱（EIS）的电池健康诊断介绍了EIS在电池状态评估中的强大应用。读者将学习如何通过阻抗谱的解析，区分SEI老化、活性材料相变、电极极化以及接触电阻的增加。构建了基于EIS和机器学习的电池健康状态（SOH）和剩余寿命（RUL）的实时预测模型，并讨论了如何将其整合到电池管理系统（BMS）中。第四部分：超越锂：新兴和未来储能方案为了实现能源系统的多样化和可持续发展，本部分将目光投向了更具潜力的替代性电化学储能技术。第十章：钠离子与多价离子电池钠离子电池因其资源丰富性而受到高度关注。本章对比了不同钠离子正极（如普鲁士蓝类似物、层状氧化物）和负极（硬碳、合金）的性能特征。同时，探讨了锌离子、镁离子、钙离子等多价离子电池的电化学潜力，特别是它们在实现高电压操作和高容量储存方面的固有挑战，如界面副反应的控制。第十一章：燃料电池与金属-空气电池的协同作用虽然技术路线不同，但燃料电池（特别是质子交换膜燃料电池PEMFC）与储能系统在电力电子接口上存在共通性。本章分析了高效催化剂载体材料的设计，以提高氧还原反应（ORR）的效率。此外，深入探讨了金属-空气电池（如锂-空气、锌-空气）的充放电机制，特别是液态电解质中多相反应的控制难题。第十二章：超级电容器与混合储能系统超级电容器（EDLCs和赝电容）以其高功率密度和超长循环寿命而互补于电池。本章详细介绍了电极材料（如活性炭、石墨烯、导电聚合物）的孔隙结构对电荷存储机制的影响。最后，讨论了如何设计混合储能系统（HEMS），通过优化功率流分配，实现系统既能提供高能量密度，又能应对高功率脉冲的需求，以适应电网调频和电动汽车的瞬时加速场景。