Solid State Electrochemistry I

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出版者:
作者:Kharton, Vladislav V. 编
出品人:
页数:527
译者:
出版时间:2009-9
价格:1698.00 元
装帧:
isbn号码:9783527323180
丛书系列:
图书标签:
  • 固态电化学
  • 电化学
  • 固态物理
  • 材料科学
  • 电池
  • 电极
  • 离子传导
  • 传感器
  • 能量存储
  • 材料电化学
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具体描述

The only comprehensive handbook on this important and rapidly developing topic combines fundamental information with a brief overview of recent advances in solid state electrochemistry, primarily targeting specialists working in this scientific field.

Particular attention is focused on the most important developments performed during the last decade, methodological and theoretical aspects of solid state electrochemistry, as well as practical applications. The highly experienced editor has included chapters with critical reviews of theoretical approaches, experimental methods and modeling techniques, providing definitions and explaining relevant terminology as necessary. Several other chapters cover all the key groups of the ion-conducting solids important for practice, namely cationic, protonic, oxygen-anionic and mixed conductors, but also conducting polymer and hybrid materials. Finally, the whole is rounded off by brief surveys of advances in the fields of fuel cells, solid-state batteries, electrochemical sensors, and other applications of ion-conducting solids.

Due to the very interdisciplinary nature of this topic, this is of great interest to material scientists, polymer chemists, physicists, and industrial scientists, too.

《固态电化学原理》 本书深入探讨了固态电化学这一关键领域,它为理解和开发下一代能源储存、转换以及传感技术奠定了坚实的基础。从基础理论到前沿应用,本书系统地梳理了固态电化学的核心概念、材料特性以及实验方法。 核心概念与基础理论 固态电化学的核心在于固体电解质和固体电极材料中的离子和电子传输机制。本书首先详细介绍了固体的导电类型,包括离子导电、电子导电和混合导电。对于离子导电,我们将深入分析不同晶格结构中离子的激活能、迁移率以及浓度对电导率的影响。本书将重点关注固态电解质的几种主要类型,例如氧化物陶瓷(如钙稳定氧化锆-YSZ、镧镓酸盐-LGS)、聚合电解质(如聚氧化乙烯-PEO及其盐复合物)以及硫化物电解质(如Li10GeP2S12-LGPS),并详细阐述它们各自的离子传导机理、结构特点以及影响离子导电性能的微观因素。 电化学界面是固态电化学反应发生的重要场所。本书将详细解析固态电解质与电极材料之间的界面阻抗,包括界面电阻、双电层效应以及界面相的形成。理解这些界面现象对于降低电池内阻、提高能量效率至关重要。此外,本书还将涵盖固态电解质的电化学稳定性窗口、离子扩散动力学以及空间电荷层等关键概念,为读者理解复杂的固态电化学体系提供理论支撑。 材料特性与合成 固态电化学的性能很大程度上取决于所用材料的特性。本书将对各类固体电解质和电极材料进行详尽的介绍。 固体电解质材料: 氧化物陶瓷电解质: 重点介绍具有高离子导电性的材料,如YSZ、GDC、LGS等,并深入分析其晶体结构、缺陷化学以及影响离子导电率的烧结工艺和掺杂剂效应。 聚合电解质: 讨论聚合物链的微观结构、溶剂化作用以及盐的解离与迁移机理。本书将详细介绍PEO基电解质,以及其在全固态锂电池中的应用前景和面临的挑战,例如离子导电率的温度依赖性。 硫化物电解质: 重点介绍近期备受关注的超离子导体,如LGPS、LLPS等,解析其独特的晶体结构和高离子导电率的来源,并讨论其对空气和水分的敏感性以及在固态电池中的应用潜力。 混合离子-电子导体: 介绍能够同时传输离子和电子的材料,如一些钙钛矿氧化物,以及它们在燃料电池等领域的应用。 固体电极材料: 正极材料: 介绍用于锂离子电池、钠离子电池等体系的常见固态电极材料,如氧化物(LCO、NCM、LFP)、磷酸盐、硫化物以及有机电极材料,并讨论其电化学活性、结构稳定性以及与固体电解质的匹配性。 负极材料: 重点介绍石墨、硅基材料、金属锂以及其他合金负极材料,并分析其储锂/钠机理、体积变化问题以及与固体电解质界面的兼容性。 电极材料的纳米化和表面改性: 讨论通过纳米化、表面涂层等手段改善电极材料的电化学性能,例如提高倍率性能和循环稳定性。 本书将详细阐述这些材料的合成方法,包括固相反应法、溶胶-凝胶法、水热法、电化学沉积法以及原子层沉积(ALD)等,并介绍不同合成方法对材料微观结构、形貌和性能的影响。 实验技术与表征方法 深入理解固态电化学体系需要掌握一系列先进的实验技术和表征方法。本书将全面介绍用于研究固态电化学材料和器件的常用技术: 电化学测试技术: 阻抗谱(EIS): 详细介绍如何利用阻抗谱分析材料的电导率、界面阻抗以及电化学反应动力学,并解读不同频率下的等效电路模型。 循环伏安法(CV)和线性扫描伏安法(LSV): 阐述这些技术在研究电极反应动力学、相变以及电化学窗口方面的应用。 恒流充放电(GCD): 介绍GCD在评估电池容量、循环寿命和倍率性能中的作用。 开路电压(OCV)衰减和电流中断(CI)技术: 用于分析界面电阻和传输阻抗。 材料表征技术: X射线衍射(XRD): 用于分析材料的晶体结构、相组成和晶粒尺寸。 扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM): 用于观察材料的形貌、微观结构和界面微观结构。 X射线光电子能谱(XPS)和能量色散X射线光谱(EDS): 用于分析材料的表面化学成分、元素分布和化学状态。 拉曼光谱(Raman)和傅里叶变换红外光谱(FTIR): 用于识别材料的化学键和官能团,以及监测化学反应。 固态核磁共振(Solid-state NMR): 用于深入研究离子的运动和局部环境。 本书还将介绍一些特殊的表征技术,如中子衍射、同步辐射X射线衍射等,它们在揭示固态电化学体系的结构-性能关系方面发挥着重要作用。 前沿应用与发展趋势 固态电化学在多个领域展现出巨大的应用潜力,本书将重点介绍几个关键领域: 全固态锂离子电池: 这是固态电化学最引人注目的应用之一。本书将深入探讨全固态锂离子电池的结构设计、材料匹配、界面优化以及面临的挑战(如界面稳定性、锂枝晶形成等),并介绍不同类型固体电解质(氧化物、硫化物、聚合物)在全固态电池中的研究进展。 锂硫电池和锂空气电池: 介绍固态电解质在提高这些高能量密度电池的稳定性和安全性方面的作用,以及所面临的电化学难题。 固态电解质在电催化领域的应用: 例如,在燃料电池(SOFC)、电解水制氢、二氧化碳还原等领域,固态电解质作为离子传输通道和支撑材料发挥着关键作用。本书将介绍不同类型的固态电解质在这些应用中的性能和机制。 固态传感器: 探讨固态电化学传感器在气体检测、离子浓度监测以及生物传感等方面的应用,重点关注其灵敏度、选择性和响应时间。 固态储能器件的其他应用: 如固态超级电容器、电致变色器件等。 本书还将展望固态电化学未来的发展趋势,包括新型固态电解质的开发、界面工程的创新、原位表征技术的进步以及大规模生产工艺的优化等,为相关领域的科研人员和工程师提供有价值的参考。

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读后感

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用户评价

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坦白说,这本书的翻译质量也让人捏了一把汗。虽然术语的对应是基本准确的,但行文风格极其生硬、拗口,充满了典型的“翻译腔”。很多句子结构冗长且复杂,主谓宾的顺序常常为了追求对原文的逐字对应而牺牲了中文表达的流畅性。这使得本就枯燥的理论内容雪上加霜,阅读体验直线下降。我有时需要反复朗读一个句子两三遍,才能确定作者究竟想表达的那个物理意义。更要命的是,插图的设计也显得非常老旧和不友好。很多示意图分辨率不高,线条模糊,关键的箭头和标注常常与背景混在一起,根本看不清楚电荷转移的方向或者能级的高低变化。在固态电化学领域,直观的图形帮助至关重要,但这本书提供的图形仿佛是上世纪八十年代的产物,完全跟不上现代学术出版的审美和清晰度要求。这样的配套材料,不仅没能起到辅助理解的作用,反而成了阅读过程中的主要障碍,极大地消耗了我的耐心和精力。

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这本书,拿到手里就感觉厚重,纸张质量不错,印刷清晰。我本来是对这个领域抱有一定期待的,毕竟名字听起来就非常硬核,涉及固态电化学,这可是当前能源存储技术的前沿阵地。然而,当我翻开目录,深入阅读内容时,一种强烈的“被误导”感油然而生。这本书的叙述方式更像是一本理论物理的教科书,而不是一本面向应用研究者的指南。大量的数学推导和抽象的物理模型占据了主导地位,对于实际操作层面的细节几乎没有提及。比如,在讨论电解质/电极界面时,作者似乎完全跳过了制备工艺中的常见缺陷和它们如何影响电化学性能的实际问题,转而陷入了对晶格缺陷和能带结构的无休止的讨论。对于一个希望快速理解如何优化电池性能的工程师或研究生来说,这种脱离实际的学术探讨无疑是令人沮丧的。我花了好大力气才从中梳理出几条勉强能用得上的一般性原理,但要将其转化为具体的实验设计,难度实在太大。它更适合那些醉心于纯理论研究的学者,对于我们这些急需解决实际瓶颈的人来说,这本书的价值可能要打个大大的折扣。我更希望看到的是,如何通过控制微观结构来调控宏观性能的实例分析,而不是这些深奥到令人望而生畏的方程组。

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从内容深度来看,这本书明显是停留在了一个相对陈旧的理论高度。我本期望它能涵盖近十年内固态电池领域的一些重大突破,比如新的界面稳定化策略、高熵氧化物电解质的研究进展,或者固态电池在极端温度下的行为分析。然而,全书的重点似乎还停留在上世纪末对经典硫化物和氧化物电解质的初步理解上。提及新型材料的部分也仅仅是浅尝辄止,引用文献的时效性也让人感到担忧,大量引用的核心文献都停留在2005年之前。这导致整本书读起来像是一份详尽的历史回顾,而不是一个面向未来的科学前沿报告。在快速迭代的电化学领域,这种“时间滞后”是致命的。虽然回顾经典是必要的,但一本号称是“I”(第一卷)的教材,理应承担起连接过去与未来的桥梁作用,而不是仅仅将读者牢牢地固定在历史的某个时间点上。对于关注最新研究动态的读者而言,这本书提供的价值非常有限,更像是一种“历史文献”的整理。

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阅读这本大部头时,我最大的感受是作者的“学术洁癖”达到了一个近乎偏执的程度。所有的概念都力求从最基础的原理出发进行严密论证,这本无可厚非,但带来的后果就是,文章的推进速度极其缓慢,缺乏必要的“提纲挈领”的概述。前几章都在铺垫一些看似基础但实际上在实际操作中很少被直接引用的热力学和动力学基础,导致读者很容易在中途迷失方向,忘记了我们最初的目标——理解固态电化学体系的实际行为。例如,在讨论离子迁移率时,书中用了整整两个章节来推导各种理想晶格模型下的运动方程,却很少用哪怕是半页的篇幅来谈谈颗粒界面的阻抗效应,这在固态电解质中才是真正的性能杀手。我不得不频繁地在不同章节之间来回翻阅,试图用自己已有的知识体系去“粘合”这些理论碎片。这本书就像一块被打磨得极其光滑的钻石,每一个切面都很完美,但它们之间的连接却显得有些松散,需要读者自己耗费巨大的认知资源去构建一个连贯的知识框架。对于一个需要快速构建知识体系的初学者来说,这种结构无疑是灾难性的。

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这本书的“广度”也值得商榷。它试图囊括所有固态电化学的基本要素,从晶体结构到能带理论,再到电化学测试方法,但结果是“什么都说了,但什么都没说透”。例如,在讨论固态电解质的合成方法时,书中只是简单罗列了几种技术名称,然后迅速跳到计算化学模拟的部分,对于每种合成方法中影响最终性能的关键工艺窗口(如烧结温度、气氛控制等)却避而不谈。这使得这本书在“电化学工程”的层面上显得极为单薄。读者可以从中学到一些术语和概念,但却无法获得构建一个完整研究流程的指导。它更像是一部精心编纂的“概念词典”,而非一本可以指导研究实践的“操作手册”。对于那些需要将理论知识转化为实际动手能力的学习者来说,这本书提供的知识点是分散且不连贯的,缺乏一个清晰的、可操作的实践路径指引,让人感觉学完之后,手里拿着的依然是一堆散落的珍珠,而不是一串成型的项链。

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