描述
包 装: 圆脊精装国际标准书号ISBN: 9787030645869丛书名: 低维材料与器件丛书/成会明总主编
编辑推荐
碳,纳米材料,研究
内容简介
《储能用碳基纳米材料》为“低维材料与器件丛书”之一。作者从能源器件中电荷的存储和输运等原理出发，介绍了储能用碳基材料的特点、种类及未来趋势；通过对碳材料的纳米结构化、复合化、有序化结构设计和功能导向组装，构建具有多层次孔道结构、多尺度网络结构和多组分界面结构的新型微纳超结构碳材料，可大幅度提升现有能量存储和转换器件的性能。《储能用碳基纳米材料》还分别对燃料电池、锂离子电池、超级电容器、太阳能电池、锂-金属电池、锂-空气电池、锂-硫电池用纳米碳材料的特点进行了细致分析。同时，对气体存储用和蓄热用纳米碳材料的特点也进行了分析介绍。
目 录
目录
总序
前言
第1章 绪论 1
1.1 储能用碳基材料介绍 2
1.2 多层次微纳超结构碳材料 3
1.3 多尺度碳基网络搭建 4
1.4 微纳超结构碳材料模型及其设计 5
参考文献 6
第2章 储能用碳基材料的特点、种类及未来趋势 9
2.1 储能用碳基材料的特点 10
2.1.1 储能用“微纳超结构碳”模型 10
2.1.2 碳基材料多层次孔隙结构的构建和电化学储能 10
2.1.3 碳基材料的导电性与电荷的快速输运 12
2.1.4 电荷的高效产生/分离 14
2.1.5 碳基材料的表面性质对电荷存储的影响 15
2.2 储能用碳基材料的种类 16
2.2.1 石墨烯 16
2.2.2 多孔碳基材料 16
2.2.3 碳纳米管 19
2.2.4 硅碳复合材料 20
2.3 储能用纳米碳材料的未来趋势 21
2.3.1 高性能硅碳复合负极材料 22
2.3.2 高体积能量密度碳基电极材料 22
2.3.3 兼具高功率和高能量的超级电容器用碳基电极材料 23
2.3.4 高性能锂-硫电池用碳基电极材料 23
参考文献 24
第3章 纳米碳材料在燃料电池中的应用 28
3.1 纳米碳材料在燃料电池催化剂载体中的应用 30
3.1.1 多孔炭载体 31
3.1.2 碳纳米管载体 33
3.1.3 纳米碳纤维载体 37
3.1.4 石墨烯载体 41
3.2 碳基无金属/非贵金属燃料电池催化剂 45
3.2.1 碳基无金属催化剂 45
3.2.2 碳基非贵金属纳米催化剂 49
3.3 碳质扩散层 55
3.4 碳材料双极板 56
3.4.1 燃料电池双极板 56
3.4.2 柔性石墨双极板 58
参考文献 61
第4章 锂离子电池中的碳基材料 68
4.1 锂离子电池简介 68
4.1.1 锂离子电池概述 68
4.1.2 锂离子电池电极材料研究进展 69
4.2 锂离子电池中的碳负极材料 70
4.2.1 石墨材料 70
4.2.2 中间相炭微球 72
4.2.3 硬炭材料 73
4.2.4 纳米碳 74
4.3 碳基导电添加剂 77
4.3.1 导电炭黑添加剂 78
4.3.2 碳纳米管添加剂 78
4.3.3 石墨烯添加剂 79
4.4 碳基复合负极材料 81
4.4.1 纳米碳纤维复合材料 82
4.4.2 碳纳米管复合材料 84
4.4.3 石墨烯基复合材料 86
参考文献 93
第5章 超级电容器 99
5.1 碳/碳对称性超级电容器 102
5.1.1 双电层电容 102
5.1.2 超级电容器的原理 103
5.1.3 超级电容器用碳材料 104
5.2 碳/氧化物非对称超级电容器 109
5.2.1 法拉第准电容 109
5.2.2 金属氧化物材料 110
5.2.3 二氧化锰在超级电容器中的应用 111
5.2.4 MnO2@纳米碳纤维自支撑复合电极的制备与性能改善 113
5.2.5 基于自支撑电极材料的非对称电容器设计与研究 120
5.3 锂离子超级电容器 123
5.3.1 锂离子超级电容器分类 123
5.3.2 锂离子超级电容器用碳材料 124
5.3.3 石墨质多孔炭的制备与表征 125
5.3.4 石墨质多孔炭在锂离子超级电容器中的应用 134
参考文献 143
第6章 气体储存 155
6.1 用于甲烷储存的碳材料 156
6.1.1 多孔炭 157
6.1.2 支柱型石墨烯 157
6.1.3 单壁碳纳米角 158
6.1.4 沸石模板炭 158
6.1.5 活性炭材料对甲烷吸附容量的预测 159
6.2 用于氢气储存的碳材料 160
6.2.1 储氢机制 161
6.2.2 储氢用碳材料的优化 162
6.3 用于其他气体储存的碳材料 163
6.3.1 用于二氧化碳储存的碳材料 164
6.3.2 用于一氧化氮储存的碳材料 164
6.3.3 用于吸附脱除二氧化硫的碳材料 165
参考文献 166
第7章 蓄能蓄热 169
7.1 用于相变储能的碳材料 169
7.1.1 相变储能原理 169
7.1.2 用于相变储能碳材料的概况 170
7.1.3 微观碳材料与相变材料复合 170
7.1.4 宏观碳材料块体与相变材料复合 172
7.2 用于热管理的碳材料 175
7.2.1 热界面材料 175
7.2.2 各向异性导热 178
7.2.3 碳材料复合相变储能电池散热 179
7.2.4 热管理材料在工业上的成功应用 180
参考文献 181
第8章 太阳能应用 185
8.1 石墨烯透明导电膜 185
8.1.1 石墨烯的光电性质 185
8.1.2 大面积石墨烯透明电极 187
8.1.3 太阳能电池透明电极 188
8.2 碳-硅异质结太阳能电池 194
8.2.1 C/Si异质结太阳能电池的研究背景及现状 194
8.2.2 C/Si异质结原理 195
8.2.3 基于C/Si异质结的光伏电池 197
8.2.4 C/Si异质结太阳能电池效率提高策略 200
8.2.5 C/Si异质结太阳能电池的挑战与展望 200
8.3 全碳太阳能电池 201
参考文献 204
第9章 其他新型储能电池 210
9.1 金属锂 210
9.1.1 金属锂负极 210
9.1.2 金属锂负极改性 211
9.2 碳基材料在锂-空气电池中的应用 217
9.2.1 锂-空气电池 217
9.2.2 锂-空气电池的分类 218
9.2.3 碳基空气电极 219
9.2.4 碳基空气电极结构与性能的关联 221
9.2.5 碳基空气电极发展前景 225
9.3 碳基材料在锂-硫电池中的应用 225
9.3.1 锂-硫电池的基本特点 225
9.3.2 锂-硫电池的工作原理 225
9.3.3 锂-硫电池存在的主要问题 227
9.3.4 锂-硫电池碳/硫复合正极材料的研究进展 227
9.3.5 高性能锂-硫电池用碳/硫复合电极的设计 233
参考文献 234
关键词索引 237
总序
前言
第1章 绪论 1
1.1 储能用碳基材料介绍 2
1.2 多层次微纳超结构碳材料 3
1.3 多尺度碳基网络搭建 4
1.4 微纳超结构碳材料模型及其设计 5
参考文献 6
第2章 储能用碳基材料的特点、种类及未来趋势 9
2.1 储能用碳基材料的特点 10
2.1.1 储能用“微纳超结构碳”模型 10
2.1.2 碳基材料多层次孔隙结构的构建和电化学储能 10
2.1.3 碳基材料的导电性与电荷的快速输运 12
2.1.4 电荷的高效产生/分离 14
2.1.5 碳基材料的表面性质对电荷存储的影响 15
2.2 储能用碳基材料的种类 16
2.2.1 石墨烯 16
2.2.2 多孔碳基材料 16
2.2.3 碳纳米管 19
2.2.4 硅碳复合材料 20
2.3 储能用纳米碳材料的未来趋势 21
2.3.1 高性能硅碳复合负极材料 22
2.3.2 高体积能量密度碳基电极材料 22
2.3.3 兼具高功率和高能量的超级电容器用碳基电极材料 23
2.3.4 高性能锂-硫电池用碳基电极材料 23
参考文献 24
第3章 纳米碳材料在燃料电池中的应用 28
3.1 纳米碳材料在燃料电池催化剂载体中的应用 30
3.1.1 多孔炭载体 31
3.1.2 碳纳米管载体 33
3.1.3 纳米碳纤维载体 37
3.1.4 石墨烯载体 41
3.2 碳基无金属/非贵金属燃料电池催化剂 45
3.2.1 碳基无金属催化剂 45
3.2.2 碳基非贵金属纳米催化剂 49
3.3 碳质扩散层 55
3.4 碳材料双极板 56
3.4.1 燃料电池双极板 56
3.4.2 柔性石墨双极板 58
参考文献 61
第4章 锂离子电池中的碳基材料 68
4.1 锂离子电池简介 68
4.1.1 锂离子电池概述 68
4.1.2 锂离子电池电极材料研究进展 69
4.2 锂离子电池中的碳负极材料 70
4.2.1 石墨材料 70
4.2.2 中间相炭微球 72
4.2.3 硬炭材料 73
4.2.4 纳米碳 74
4.3 碳基导电添加剂 77
4.3.1 导电炭黑添加剂 78
4.3.2 碳纳米管添加剂 78
4.3.3 石墨烯添加剂 79
4.4 碳基复合负极材料 81
4.4.1 纳米碳纤维复合材料 82
4.4.2 碳纳米管复合材料 84
4.4.3 石墨烯基复合材料 86
参考文献 93
第5章 超级电容器 99
5.1 碳/碳对称性超级电容器 102
5.1.1 双电层电容 102
5.1.2 超级电容器的原理 103
5.1.3 超级电容器用碳材料 104
5.2 碳/氧化物非对称超级电容器 109
5.2.1 法拉第准电容 109
5.2.2 金属氧化物材料 110
5.2.3 二氧化锰在超级电容器中的应用 111
5.2.4 MnO2@纳米碳纤维自支撑复合电极的制备与性能改善 113
5.2.5 基于自支撑电极材料的非对称电容器设计与研究 120
5.3 锂离子超级电容器 123
5.3.1 锂离子超级电容器分类 123
5.3.2 锂离子超级电容器用碳材料 124
5.3.3 石墨质多孔炭的制备与表征 125
5.3.4 石墨质多孔炭在锂离子超级电容器中的应用 134
参考文献 143
第6章 气体储存 155
6.1 用于甲烷储存的碳材料 156
6.1.1 多孔炭 157
6.1.2 支柱型石墨烯 157
6.1.3 单壁碳纳米角 158
6.1.4 沸石模板炭 158
6.1.5 活性炭材料对甲烷吸附容量的预测 159
6.2 用于氢气储存的碳材料 160
6.2.1 储氢机制 161
6.2.2 储氢用碳材料的优化 162
6.3 用于其他气体储存的碳材料 163
6.3.1 用于二氧化碳储存的碳材料 164
6.3.2 用于一氧化氮储存的碳材料 164
6.3.3 用于吸附脱除二氧化硫的碳材料 165
参考文献 166
第7章 蓄能蓄热 169
7.1 用于相变储能的碳材料 169
7.1.1 相变储能原理 169
7.1.2 用于相变储能碳材料的概况 170
7.1.3 微观碳材料与相变材料复合 170
7.1.4 宏观碳材料块体与相变材料复合 172
7.2 用于热管理的碳材料 175
7.2.1 热界面材料 175
7.2.2 各向异性导热 178
7.2.3 碳材料复合相变储能电池散热 179
7.2.4 热管理材料在工业上的成功应用 180
参考文献 181
第8章 太阳能应用 185
8.1 石墨烯透明导电膜 185
8.1.1 石墨烯的光电性质 185
8.1.2 大面积石墨烯透明电极 187
8.1.3 太阳能电池透明电极 188
8.2 碳-硅异质结太阳能电池 194
8.2.1 C/Si异质结太阳能电池的研究背景及现状 194
8.2.2 C/Si异质结原理 195
8.2.3 基于C/Si异质结的光伏电池 197
8.2.4 C/Si异质结太阳能电池效率提高策略 200
8.2.5 C/Si异质结太阳能电池的挑战与展望 200
8.3 全碳太阳能电池 201
参考文献 204
第9章 其他新型储能电池 210
9.1 金属锂 210
9.1.1 金属锂负极 210
9.1.2 金属锂负极改性 211
9.2 碳基材料在锂-空气电池中的应用 217
9.2.1 锂-空气电池 217
9.2.2 锂-空气电池的分类 218
9.2.3 碳基空气电极 219
9.2.4 碳基空气电极结构与性能的关联 221
9.2.5 碳基空气电极发展前景 225
9.3 碳基材料在锂-硫电池中的应用 225
9.3.1 锂-硫电池的基本特点 225
9.3.2 锂-硫电池的工作原理 225
9.3.3 锂-硫电池存在的主要问题 227
9.3.4 锂-硫电池碳/硫复合正极材料的研究进展 227
9.3.5 高性能锂-硫电池用碳/硫复合电极的设计 233
参考文献 234
关键词索引 237
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