《新能源材料與器件制備技術(shù)》系統(tǒng)介紹光伏材料與電池、鋰離子電池材料與電池、氫能與燃料電池，以及超級電容器等的基本概念、基本原理、生產(chǎn)工藝和核心設(shè)備以及生產(chǎn)過程中的環(huán)境污染與治理的基本知識。書中以典型的、規(guī)�；男履茉床牧匣蚱骷䴙槔瑢⒈緦I(yè)所涉及的基本原理、工藝過程、關(guān)鍵設(shè)備等知識集成一體,使學(xué)生系統(tǒng)掌握新源材料與器件的核心知識,幫助學(xué)生知悉和掌握新能源材料與器件中的生產(chǎn)過程,并且能夠解決生產(chǎn)過程中遇到的基本科學(xué)與技術(shù)問題，以滿足新興產(chǎn)業(yè)對人才的需要。
本書既可作為高等院校新能源相關(guān)專業(yè)的本科生、研究生的教材，也可以供新能源相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員參考。
張云，四川大學(xué)材料科學(xué)與工程，教授，博導(dǎo)，張 云，男，1968年生，四川大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，四川省學(xué)術(shù)與技術(shù)帶頭人后備人選，中國化學(xué)會電化學(xué)委員會委員。1992年和1995年分獲東北大學(xué)有色冶金專業(yè)工學(xué)學(xué)士和碩士學(xué)位，2006年獲四川大學(xué)材料物理化學(xué)專業(yè)工學(xué)博士學(xué)位；1995年～2001年在成都理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)系工作，2006年～2007年英國牛津大學(xué)化學(xué)系訪問學(xué)者。
主要從事鋰離子電池關(guān)鍵材料和儲能技術(shù)開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化、納米粉體材料的合成與應(yīng)用研究等方向的教學(xué)與科研工作。參加或承擔(dān)各類科研項目20余項，包括國家“863”、國家“973”、國家自然科學(xué)基金重點、四川省科技攻關(guān)以及校企合作項目；獲國家授權(quán)發(fā)明專利6項，公開國家發(fā)明專利15項；在Advanced Functional Materials,J. Mater. Chem. A.ACS Applied Materials & Interfaces. J. Power Sources, Colliods and Surface B, J.Alloys Compd.及《化學(xué)學(xué)報》等期刊發(fā)表SCI論文40余篇。
第1章概述
1.1新能源材料與器件的基本概念 001
1.1.1新能源 001
1.1.2新能源材料 001
1.1.3新能源器件 002
1.2新能源材料與器件的發(fā)展趨勢 002
1.2.1光伏材料與器件 002
1.2.2鋰離子電池材料與器件 004
1.2.3氫能與燃料電池 004
習(xí)題 005
參考文獻(xiàn) 005
第2章晶體硅太陽電池材料制備技術(shù)
2.1硅太陽電池材料概述 006
2.2高純多晶硅料制備 007
2.2.1改良西門子法 008
2.2.2硅烷法 009
2.2.3流化床法 010
2.2.4冶金法 011
2.3硅棒及硅錠的制備 011
2.3.1單晶硅棒的制備 011
2.3.2多晶硅錠的制備 014
2.4硅片制備 015
2.4.1單晶硅片的制備 016
2.4.2多晶硅片的制備 017
2.4.3多線切割技術(shù) 018
2.4.4新型硅片制備技術(shù) 018
習(xí)題 019
參考文獻(xiàn) 019
第3章晶體硅太陽電池制備技術(shù)
3.1晶體硅太陽電池概述 020
3.2Al-BSF太陽電池 020
3.2.1清洗制絨工藝 021
3.2.2擴散制結(jié)工藝 023
3.2.3濕法刻蝕工藝 024
3.2.4減反射膜工藝 025
3.2.5電極制備工藝 026
3.2.6燒結(jié)工藝 027
3.3PERC太陽電池 027
3.3.1PERC太陽電池工藝流程 028
3.3.2鈍化技術(shù) 029
3.3.3激光開膜技術(shù) 030
3.3.4選擇性發(fā)射極技術(shù) 031
3.3.5載流子注入退火再生技術(shù) 031
3.4SHJ太陽電池 032
3.4.1SHJ太陽電池的能帶特點 032
3.4.2SHJ太陽電池的結(jié)構(gòu) 033
3.4.3SHJ太陽電池工藝 035
3.4.4SHJ太陽電池的優(yōu)點 037
3.5TOPCon太陽電池 038
3.5.1TOPCon太陽電池的結(jié)構(gòu)及原理 038
3.5.2TOPCon太陽電池工藝 039
3.5.3TOPCon太陽電池發(fā)展方向 043
3.6光伏組件技術(shù) 044
3.6.1組件工藝流程 044
3.6.2組件封裝材料 046
3.6.3高效組件技術(shù) 049
習(xí)題 050
參考文獻(xiàn) 050
第4章薄膜太陽電池原理與制備技術(shù)
4.1薄膜太陽電池概述 051
4.2碲化鎘薄膜太陽電池 051
4.2.1碲化鎘材料的性質(zhì) 051
4.2.2高效碲化鎘薄膜太陽電池的結(jié)構(gòu) 052
4.2.3高效碲化鎘薄膜太陽電池的制備技術(shù) 055
4.2.4限制碲化鎘薄膜太陽電池效率的因素 057
4.3CIGS太陽電池 057
4.3.1CIGS太陽電池材料性質(zhì) 057
4.3.2CIGS薄膜太陽電池的結(jié)構(gòu)及制備技術(shù) 060
4.3.3CIGS太陽電池的發(fā)展?jié)摿熬窒?064
4.4砷化鎵太陽電池 065
4.4.1砷化鎵材料的主要性質(zhì) 065
4.4.2砷化鎵太陽電池的制備技術(shù) 067
4.4.3高效砷化鎵薄膜太陽電池的結(jié)構(gòu) 069
4.4.4限制砷化鎵薄膜太陽電池轉(zhuǎn)換效率的因素 070
4.5鈣鈦礦太陽電池 072
4.5.1鉛鹵鈣鈦礦材料的主要性質(zhì) 072
4.5.2鉛鹵鈣鈦礦薄膜的制備技術(shù) 073
4.5.3限制鉛鹵鈣鈦礦薄膜太陽電池轉(zhuǎn)換效率的因素 074
4.6非晶硅薄膜太陽電池 076
4.6.1非晶硅材料的物理特性 076
4.6.2非晶硅薄膜材料的制備方法 078
4.6.3非晶硅薄膜太陽電池的結(jié)構(gòu) 079
4.6.4影響非晶硅薄膜太陽電池轉(zhuǎn)換效率的因素 080
4.6.5非晶硅薄膜電池的發(fā)展方向 080
習(xí)題 081
參考文獻(xiàn) 081
第5章鋰離子電池正極材料制備技術(shù)
5.1正極材料概述 082
5.1.1正極材料的發(fā)展歷程 082
5.1.2正極材料的種類 082
5.2正極材料的結(jié)構(gòu)與電化學(xué)特征 083
5.2.1層狀結(jié)構(gòu)正極材料 083
5.2.2尖晶石型正極材料 085
5.2.3橄欖石型正極材料 086
5.3三元正極材料制備技術(shù) 088
5.3.1概述 088
5.3.2三元前驅(qū)體的合成 088
5.3.3三元正極材料的高溫合成 093
5.3.4三元正極材料的改性研究 097
5.4磷酸鐵鋰正極材料制備技術(shù) 098
5.4.1概述 098
5.4.2磷酸鐵的制備工藝 099
5.4.3磷酸鐵鋰 碳正極材料的高溫合成 103
5.4.4磷酸鐵鋰正極材料的改性 105
5.5其它正極材料制備技術(shù) 106
5.5.1鈷酸鋰的生產(chǎn)工藝 106
5.5.2錳酸鋰的生產(chǎn)工藝 107
習(xí)題 109
參考文獻(xiàn) 110
第6章鋰離子電池負(fù)極材料制備技術(shù)
6.1負(fù)極材料概述 111
6.1.1負(fù)極材料發(fā)展歷史 111
6.1.2負(fù)極材料分類 111
6.2負(fù)極材料性能要求 111
6.3天然石墨負(fù)極材料 113
6.3.1天然石墨負(fù)極材料的定義 113
6.3.2天然石墨負(fù)極材料的脫嵌鋰原理 114
6.3.3天然石墨負(fù)極制備工藝 114
6.3.4天然石墨的表面改性 117
6.4人造石墨負(fù)極材料 119
6.4.1人造石墨負(fù)極材料的定義 119
6.4.2人造石墨負(fù)極材料的脫嵌鋰原理 119
6.4.3人造石墨材料制備工藝 120
6.5中間相炭微球 124
6.5.1中間相炭微球的形成 124
6.5.2中間相炭微球制備工藝 125
6.6硅基負(fù)極材料 127
6.6.1硅負(fù)極 127
6.6.2硅碳復(fù)合負(fù)極材料 129
6.6.3氧化亞硅負(fù)極 131
6.7鈦酸鋰負(fù)極材料 133
6.7.1概述 133
6.7.2鈦酸鋰負(fù)極材料制備工藝 134
習(xí)題 135
參考文獻(xiàn) 135
第7章非水電解液原理及制備技術(shù)
7.1液態(tài)電解液功能添加劑 136
7.1.1固態(tài)電解質(zhì)中間相成膜添加劑 136
7.1.2正極保護(hù)添加劑 138
7.1.3過充保護(hù)添加劑 138
7.1.4阻燃添加劑 139
7.2功能性液態(tài)電解液 140
7.2.1低溫或高溫電解液 140
7.2.2高倍率電解液 142
7.2.3安全性電解液 142
7.3凝膠電解質(zhì) 143
7.3.1凝膠電解質(zhì)的組成及特性 143
7.3.2凝膠電解質(zhì)的制備技術(shù) 144
7.3.3凝膠電解質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì) 145
7.4固態(tài)電解質(zhì) 146
7.4.1聚合物固態(tài)電解質(zhì) 147
7.4.2無機固態(tài)電解質(zhì) 148
7.4.3固態(tài)電解質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì) 151
7.5非水電解液關(guān)鍵材料的制備方法 152
7.5.1液態(tài)溶劑的制備技術(shù) 152
7.5.2關(guān)鍵電解質(zhì)鹽的制備技術(shù) 152
7.5.3固態(tài)電解質(zhì)的制備技術(shù) 154
習(xí)題 156
參考文獻(xiàn) 156
第8章鋰離子電池隔膜制備技術(shù)
8.1隔膜基本要求與分類 157
8.1.1隔膜的基本要求 157
8.1.2隔膜的分類 160
8.2隔膜的制備工藝 162
8.2.1隔膜干法制備工藝 163
8.2.2隔膜濕法制備工藝 167
8.2.3濕法隔膜和干法隔膜的對比 169
8.2.4靜電紡絲技術(shù) 169
8.3隔膜的改性 170
8.3.1涂層隔膜 170
8.3.2有機 無機復(fù)合隔膜 170
8.3.3新材料體系隔膜 170
習(xí)題 172
參考文獻(xiàn) 172
第9章鋰離子電磁的設(shè)計與制備技術(shù)
9.1鋰離子電池的設(shè)計基礎(chǔ) 173
9.1.1鋰離子電池設(shè)計的原理 173
9.1.2鋰離子電池設(shè)計的基本原則 174
9.1.3鋰離子電池的設(shè)計要求 174
9.1.4鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和性能設(shè)計 175
9.1.5鋰離子電池保護(hù)電路的設(shè)計 177
9.2鋰離子電池制備工藝 178
9.2.1圓柱形鋰離子電池制備工藝 179
9.2.2軟包電池制備工藝 183
9.2.3方形電池制備工藝 185
習(xí)題 186
參考文獻(xiàn) 186
第10章超級電容器的原理及制備技術(shù)
10.1超級電容器概述 187
10.2雙電層電容器 188
10.2.1雙電層電容器的基本工作原理 188
10.2.2雙電層電容器的儲能理論 189
10.2.3雙電層電容器所用碳材料 192
10.2.4碳材料雙電層電容的影響因素 193
10.3不對稱型超級電容器 195
10.3.1贗電容電化學(xué)電容器 195
10.3.2贗電容材料 196
10.3.3不對稱型超級電容器 196
10.3.4常見的水系不對稱型超級電容器構(gòu)型 197
10.4超級電容器電解液 198
10.4.1超級電容器電解液概述 198
10.4.2超級電容器電解液的設(shè)計 198
10.4.3各種電解液中離子對電荷存儲的影響 199
10.5超級電容器器件 200
10.6鋰離子電容器 200
10.6.1鋰離子電容器電極材料 202
10.6.2鋰離子電容器的關(guān)鍵技術(shù) 204
10.6.3鋰離子電容器的構(gòu)型 206
10.7新型混合超級電容器 207
10.7.1鈉離子電容器 207
10.7.2鋅離子電容器 208
習(xí)題 208
參考文獻(xiàn) 209
第11章制氫工藝與儲氫材料制備技術(shù)
11.1氫經(jīng)濟(jì)與氫能 210
11.1.1氫經(jīng)濟(jì)與氫循環(huán) 210
11.1.2氫經(jīng)濟(jì)實現(xiàn)的路線 211
11.2制氫工藝與技術(shù) 211
11.2.1天然氣-水蒸氣重整制氫 212
11.2.2煤制氫技術(shù) 215
11.2.3電解水制氫技術(shù) 216
11.2.4堿性電解水制氫技術(shù) 217
11.2.5固體聚合物電解水制氫技術(shù) 219
11.3儲運氫工藝與技術(shù) 220
11.3.1高壓氣瓶儲氫 220
11.3.2氫氣壓縮 223
11.3.3液態(tài)氫儲存工藝與技術(shù) 224
11.3.4氫氣液化流程 224
11.3.5液氫儲罐 225
11.3.6儲氫合金制備工藝與技術(shù) 227
習(xí)題 230
參考文獻(xiàn) 231
第12章燃料電池材料與器件原理與制備技術(shù)
12.1燃料電池概述 232
12.1.1化學(xué)電源與燃料電池 232
12.1.2燃料電池分類 232
12.1.3燃料電池的工作原理及應(yīng)用場景 233
12.1.4燃料電池發(fā)展簡史 237
12.2燃料電池基礎(chǔ) 239
12.2.1燃料電池可逆電勢及理論效率 239
12.2.2Butler-Volmer方程 240
12.2.3塔菲爾半經(jīng)驗公式 240
12.2.4燃料電池極化 241
12.2.5燃料電池實際效率 243
12.3燃料電池材料 244
12.3.1質(zhì)子交換膜燃料電池構(gòu)成及功能 244
12.3.2質(zhì)子交換膜燃料電池關(guān)鍵材料 246
12.4質(zhì)子交換膜燃料電池器件設(shè)計 257
12.4.1膜電極設(shè)計 257
12.4.2雙極板流場設(shè)計 262
習(xí)題 267
參考文獻(xiàn) 268
第13章環(huán)境污染與治理
13.1太陽電池與環(huán)境污染治理 269
13.1.1晶體硅和非晶硅產(chǎn)污分析 269
13.1.2氣態(tài)污染物治理 273
13.1.3液態(tài)污染物治理 274
13.2鋰離子電池與環(huán)境污染治理 275
13.2.1鋰離子電池材料生產(chǎn)過程中的產(chǎn)污分析 276
13.2.2鋰離子電池退役后的產(chǎn)污分析 276
13.2.3三元前驅(qū)體生產(chǎn)過程相關(guān)污染與治理 278
13.2.4磷酸鐵生產(chǎn)過程相關(guān)污染與治理 280
13.2.5石墨負(fù)極材料生產(chǎn)過程相關(guān)污染與治理 280
習(xí)題 282
參考文獻(xiàn) 282
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