《先进能源材料及应用技术》是教育部高等学校材料类专业教学指导委员会规划教材。全书系统构建新能源材料与技术知识体系:首章总述能源发展史、我国能源现状和新能源，并详述能源物理化学基础理论；主体章节聚焦锂/钠离子电池、多价态二次电池、氢能储运、燃料电池、太阳能电池、超级电容器等前沿领域，系统解析各类新能源材料的组成结构、制备工艺与性能调控，同时延伸探讨风能、核能、生物质能、页岩气能、海洋能、地热能及其他新兴能源技术。
本教材每章后设置“思政研学”特色模块，通过典型案例将国家战略导向、行业发展趋势与青年使命担当有机融入专业教学,实现价值引领与知识传授的融合。
本书是高等学校材料类、化工类、能源类等相关专业的本科和研究生教材，也可供相关技术人员参考。
第1章 能源概述
1.1能量 001
1.2能源发展史 001
1.3常规能源 002
1.3.1煤炭 002
1.3.2石油 002
1.3.3天然气 003
1.3.4水能 004
1.3.5核能 004
1.4中国能源现状 005
1.5新能源 006
思政研学 007
思考题 007
参考文献 007
第2章 能源物理化学
2.1能量定律 009
2.1.1能量守恒定律 009
2.1.2能量转换定律 010
2.1.3能量贬值原理 012
2.2能量储存技术 012
2.2.1机械能的储存 013
2.2.2热能的储存 014
2.2.3电能的储存 015
2.2.4化学能的储存 017
2.3能量的转换过程 018
2.3.1概述 018
2.3.2化学能转换为热能 018
2.3.3热能转换为机械能 019
2.3.4机械能转换为电能 019
2.3.5光能转换为电能 019
2.3.6化学能转换为电能 020
2.3.7电能转换为化学能 020
2.4原电池与电解池 021
2.4.1原电池 021
2.4.2电解池 022
2.4.3界面双电层 023
2.5电极过程动力学导论 025
2.5.1电极过程动力学的发展 025
2.5.2电池反应与电极过程 025
2.5.3电荷传递过程 027
思政研学 028
思考题 028
参考文献 028
第3章 锂/钠二次电池材料及技术
3.1概述 029
3.2锂离子电池 029
3.2.1概述 029
3.2.2锂离子电池结构 029
3.2.3锂离子电池工作原理 031
3.2.4锂离子电池正极材料 032
3.2.5锂离子电池负极材料 040
3.2.6锂离子电池电解质 050
3.2.7锂离子电池的发展现状和趋势 054
3.3锂硫二次电池 055
3.3.1概述 055
3.3.2锂硫二次电池的基本原理和特点 055
3.3.3锂硫二次电池的硫正极 056
3.3.4锂硫二次电池的金属锂负极 060
3.3.5锂硫二次电池电解质 063
3.3.6锂硫二次电池隔膜 065
3.3.7锂硫二次电池面临的问题 066
3.3.8锂硫二次电池的发展现状和趋势 067
3.4钠离子电池 067
3.4.1概述 067
3.4.2钠离子电池的工作原理 068
3.4.3钠离子电池负极材料 068
3.4.4钠离子电池正极材料 072
3.4.5钠离子电池电解质 077
3.4.6钠离子电池隔膜材料 078
3.4.7钠离子电池的发展现状和趋势 078
思政研学 078
思考题 079
参考文献 079
第4章 多价态二次离子电池材料及技术
4.1镁离子电池 081
4.1.1概述 081
4.1.2镁离子电池的结构及工作原理 081
4.1.3镁离子电池负极材料 082
4.1.4镁离子电池正极材料 083
4.1.5镁离子电池电解液 086
4.1.6镁离子电池的发展现状和趋势 088
4.2铝离子电池 088
4.2.1概述 088
4.2.2铝离子电池工作原理 090
4.2.3铝离子电池正极材料 090
4.2.4铝离子电池负极材料 092
4.2.5铝离子电池电解质 093
4.2.6铝离子电池的发展现状和趋势 093
4.3锌空气电池 094
4.3.1锌空气电池的基本结构 094
4.3.2锌空气电池工作原理 095
4.3.3锌空气电池正极材料 095
4.3.4锌空气电池负极材料 096
4.3.5锌空气电池电解液 097
4.3.6锌空气电池存在问题 097
4.3.7锌空气电池的发展现状和趋势 098
4.4液流电池 098
4.4.1概述 099
4.4.2液流电池工作原理 099
4.4.3液流电池的重要组成构件 100
4.4.4液流电池的特点 101
4.4.5液流电池的发展现状和趋势 101
思政研学 102
思考题 102
参考文献 103
第5章 氢能与储氢材料
5.1概述 104
5.2氢的基本性质 104
5.2.1氢元素 104
5.2.2氢分子 105
5.2.3氢能 106
5.3氢能的意义 108
5.4氢能开发进展 110
5.4.1氢能发展史 110
5.4.2中国氢能发展现状 110
5.5制氢工艺与技术 111
5.5.1传统能源制氢 111
5.5.2可再生能源制氢 115
5.5.3生物质制氢 120
5.5.4水电解制氢 123
5.5.5我国制氢现状 124
5.6氢的纯化 125
5.7氢的存储 126
5.7.1高压储氢 126
5.7.2液态储氢 127
5.7.3固态储氢 128
5.8储氢材料与制备方法 128
5.8.1储氢材料 128
5.8.2储氢材料的制备方法 138
5.9储氢容器 138
5.10加氢站 140
5.10.1以天然气为原料的加氢站结构 140
5.10.2以水为原料的加氢站结构 143
5.10.3加氢站安全 143
5.11未来氢能发展趋势 144
思政研学 145
思考题 145
参考文献 146
第6章 燃料电池材料及技术
6.1概述 147
6.2燃料电池分类 152
6.3质子交换膜燃料电池 154
6.3.1质子交换膜燃料电池工作原理 154
6.3.2质子交换膜燃料电池关键材料与零部件 155
6.3.3质子交换膜燃料电池电堆 161
6.3.4质子交换膜燃料电池性能的影响因素 161
6.4碱性燃料电池 162
6.4.1碱性燃料电池工作原理 162
6.4.2碱性燃料电池的特点 164
6.4.3碱性燃料电池基本结构 164
6.4.4碱性燃料电池催化剂 165
6.5磷酸燃料电池 168
6.5.1磷酸燃料电池工作原理 169
6.5.2磷酸燃料电池的特点 170
6.5.3磷酸燃料电池基本结构 171
6.5.4磷酸燃料电池催化剂 172
6.6熔融碳酸盐燃料电池 173
6.6.1熔融碳酸盐燃料电池工作原理 174
6.6.2熔融碳酸盐燃料电池的特点 175
6.6.3熔融碳酸盐燃料电池性能的影响因素 176
6.7固体氧化物燃料电池 176
6.7.1固体氧化物燃料电池工作原理 176
6.7.2固体氧化物燃料电池的特点 178
6.7.3固体氧化物燃料电池性能的影响因素 178
6.8直接甲醇燃料电池 179
6.8.1直接甲醇燃料电池工作原理 180
6.8.2直接甲醇燃料电池的特点 181
6.9燃料电池应用 182
6.9.1燃料电池汽车 182
6.9.2家庭用燃料电池 184
6.9.3社区用热电联供燃料电池电站 185
6.9.4微型燃料电池电源 185
6.10未来燃料电池发展趋势 186
思政研学 187
思考题 187
参考文献 188
第7章 太阳能电池材料及技术
7.1太阳能 189
7.1.1利用太阳能的技术原理 189
7.1.2太阳能的主要分类 189
7.1.3太阳能的基本特点 190
7.2太阳能电池概述 190
7.2.1太阳能电池的发展概况 190
7.2.2半导体材料和太阳能光电材料 191
7.2.3太阳能电池的分类 193
7.3硅太阳能电池 195
7.3.1硅太阳能电池的工作原理 196
7.3.2提高硅太阳能电池效率的途径 198
7.3.3高效晶体硅太阳能电池材料 198
7.4化合物半导体太阳能电池 200
7.4.1砷化镓太阳能电池 200
7.4.2碲化镉太阳能电池 201
7.4.3铜铟镓硒太阳能电池 203
7.5染料敏化太阳能电池 206
7.5.1染料敏化太阳能电池的工作原理 207
7.5.2染料敏化太阳能电池的结构 207
7.5.3染料敏化太阳能电池的特点 208
7.6钙钛矿太阳能电池 208
7.6.1钙钛矿太阳能电池的工作原理 208
7.6.2钙钛矿太阳能电池的结构 208
7.6.3钙钛矿太阳能电池的特点 209
7.6.4钙钛矿光伏产业化进展和面临的问题 209
7.7太阳能电池的发展现状和趋势 210
思政研学 211
思考题 212
参考文献 212
第8章 超级电容器材料及技术
8.1概述 213
8.1.1超级电容器的发展历程 213
8.1.2超级电容器简介 213
8.1.3超级电容器结构 214
8.2超级电容器分类及工作原理 215
8.2.1超级电容器的分类 215
8.2.2双电层电容器的工作原理 215
8.2.3赝电容器的工作原理 216
8.2.4超级电容器的主要参数 217
8.3超级电容器电极材料 217
8.3.1碳材料 217
8.3.2金属氧化物 223
8.3.3导电聚合物 226
8.3.4复合电极材料 227
8.4超级电容器电解液 228
8.4.1水系电解液 228
8.4.2有机电解液 229
8.4.3离子液体电解液 229
8.4.4聚合物电解质 230
8.5超级电容器发展及应用 230
思政研学 232
思考题 232
参考文献 233
第9章 风能技术
9.1概述 235
9.2风能资源 236
9.2.1风能资源的评估 236
9.2.2风能利用关键参数 238
9.2.3风能资源的等级 239
9.2.4风能资源的开发 240
9.3风力发电机组的基本结构 241
9.3.1风力发电机组分类 242
9.3.2叶片 243
9.3.3轮毂 244
9.3.4传动系统 245
9.3.5塔筒 245
9.3.6基础结构 246
9.4风力发电机组基础理论 249
9.4.1风模型 249
9.4.2塔影效应 250
9.4.3贝兹理论 251
9.4.4动量理论 252
9.4.5叶素理论 254
9.4.6动量叶素理论 255
9.5风电并网 255
9.6风力发电的发展现状和趋势 257
思政研学 259
思考题 259
参考文献 260
第10章 核能技术
10.1概述 261
10.2核能利用方式 262
10.2.1核能发电 262
10.2.2核能供暖 263
10.2.3核能制氢 263
10.2.4核能海水淡化 263
10.2.5核能综合利用 264
10.3核电站结构 264
10.3.1核反应堆 264
10.3.2压水堆 265
10.3.3沸水堆 265
10.3.4重水堆 265
10.3.5气冷堆 266
10.3.6快中子增殖堆 266
10.4核反应及基本原理 267
10.5核燃料 269
10.6核废料 270
10.7核安全 273
10.8核电的发展现状和趋势 274
思政研学 275
思考题 276
参考文献 276
第11章 其他新能源材料及技术
11.1生物质能 278
11.1.1概述 278
11.1.2生物质能分类 278
11.1.3生物质能的特点 279
11.1.4生物质能转换技术 280
11.1.5生物质能发电 283
11.1.6我国的生物质能源及产业现状 283
11.2页岩气技术 285
11.2.1概述 285
11.2.2页岩气及开采特点 286
11.2.3页岩气勘探开发流程 288
11.2.4页岩气勘探开发技术 288
11.2.5我国页岩气的发展现状和趋势 291
11.3海洋能技术 291
11.3.1潮汐能 292
11.3.2波浪能 293
11.3.3温差能 294
11.3.4盐差能 296
11.3.5海流能 298
11.3.6我国海洋能的发展现状和趋势 300
11.4地热能 301
11.4.1概述 301
11.4.2世界地热资源分布 301
11.4.3地热发电 302
11.4.4地热难题及解决方案 304
11.4.5地热开采对环境的影响 305
11.4.6地热能利用现状及前景 306
思政研学 307
思考题 307
参考文献 308
附录 思政素材（数字化内容）
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