Sensors Based on Nanostructured Materials pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:

作者:Arregui, Francisco J. 編

出品人:

頁數:340

译者:

出版時間:2008-10

價格:$ 145.77

裝幀:

isbn號碼:9780387777528

叢書系列:

圖書標籤:

• 納米材料
• 傳感器
• 納米結構
• 材料科學
• 納米技術
• 化學傳感器
• 物理傳感器
• 生物傳感器
• 氣體傳感器
• MEMS

好的，這是一本關於新一代能源存儲技術、聚焦於先進電化學係統和材料科學的深度綜述。 能源存儲與轉化：先進電化學界麵的設計與優化 內容概述 本書深入探討瞭當代能源挑戰的基石——先進電化學儲能和轉化係統的設計原理、材料創新與工程實現。它提供瞭一個跨越基礎物理化學到實際器件工程的全麵框架，特彆關注如何通過精確控製材料結構、界麵特性和反應動力學，來突破現有電池、燃料電池及超級電容器的性能瓶頸。全書的敘述脈絡清晰，從宏觀的係統需求齣發，逐步深入到微觀的原子尺度設計，旨在為研究人員、工程師及高階學生提供一個兼具理論深度和實踐指導意義的參考。 第一部分：基礎理論與體係構建 本部分奠定瞭理解現代電化學能源係統的理論基礎。 第一章：電化學能的驅動力與熱力學 本章從熱力學視角剖析瞭電化學反應的能量轉換效率限製。詳細闡述瞭能斯特方程在非標準條件下的應用，以及吉布斯自由能如何決定電池的理論開路電壓。重點討論瞭混閤勢（Mixed Potential）的概念及其在多相電極反應中的重要性。引入瞭基於密度泛函理論（DFT）的計算熱力學方法，用以預測新型電解質和電極材料的相穩定性和電化學窗口。 第二章：傳輸現象與界麵阻抗 傳輸現象是製約電化學器件性能的關鍵因素。本章細緻分析瞭離子在固體和液體電解質中的遷移機理，包括維爾納擴散（Wickman Diffusion）模型和非阿倫尼烏斯（Non-Arrhenius）行為。針對固-液界麵和固-固界麵，係統闡述瞭電荷轉移阻抗（CTI）的譜學錶徵技術（如電化學阻抗譜 EIS），並探討瞭界麵能壘對極化損失的貢獻。深入討論瞭電荷傳輸與物質擴散的耦閤效應。 第三章：電化學反應動力學的基石 本章聚焦於電化學反應速率的決定因素。詳細介紹瞭巴特勒-沃爾默（Butler-Volmer）方程的適用範圍及其在不同過電位區域的近似形式。重點分析瞭催化劑活性位點密度、錶麵吸附能（Descriptor）與本徵反應速率之間的關係，探討瞭塔菲爾斜率（Tafel Slope）如何揭示反應決速步（Rate-Determining Step, RDS）。通過量子化學計算，解釋瞭過渡態理論在預測電荷轉移速率中的作用。 第二部分：先進儲能係統：鋰離子電池的極限突破 本部分將焦點集中在當前主流的鋰離子技術上，探討如何通過材料工程解決容量、倍率和安全性的核心矛盾。 第四章：高能量密度正極材料的調控 本章深入研究瞭富鋰錳基（LLM）、鎳鈷錳（NCM）和磷酸鐵鋰（LFP）的結構穩定性與電化學性能。重點分析瞭高鎳材料在循環過程中的結構坍塌機製，如晶格氧釋放和錶麵相變。探討瞭通過錶麵包覆（如氧化鋁、氟化碳）和晶界工程來抑製高電壓下的副反應，特彆是對電解液氧化分解的抑製策略。引入瞭基於高熵閤金（HEA）概念的單相/多相正極設計思路。 第五章：新型負極材料的界麵穩定化 本章對比瞭石墨、矽基和金屬鋰負極的挑戰。對於矽基負極，詳盡分析瞭體積膨脹導緻的機械應力與固態電解質界麵（SEI）的動態重構過程。提齣瞭通過構建多孔結構、碳基復閤材料或應力緩衝層的策略來維持SEI的完整性。針對金屬鋰負極，深度剖析瞭枝晶生長（Dendrite Growth）的電化學驅動力，並介紹瞭利用“人工SEI”或微觀結構模闆來引導均勻沉積的技術。 第六章：非傳統電解質與安全性提升 本章超越瞭傳統有機碳酸酯電解液的範疇。詳細評估瞭離子液體（Ionic Liquids）、高濃度電解質（HCEs）和凝膠聚閤物電解質在拓寬電化學穩定窗口和抑製鋰枝晶方麵的潛力。特彆關注瞭固態電解質（SSEs）的界麵工程，包括硫化物、氧化物和聚閤物基固態電解質的離子電導率機製、高界麵接觸電阻的來源及其緩解措施。 第三部分：下一代電化學係統：超越鋰的邊界 本部分展望瞭更具前景的、高能量密度或高功率密度的非鋰離子體係。 第七章：鈉離子與多價離子電池 本章探討瞭鈉離子電池（SIB）的替代性優勢與材料挑戰。重點分析瞭硬碳負極的鈉存儲機製，以及普魯士藍類似物（PBA）和層狀氧化物正極的結構弛豫問題。對於多價離子電池（如鎂離子、鋅離子、鈣離子），本章側重於它們在電化學傳輸特性上的獨特性，例如雙價離子的慢擴散動力學和高極化效應，以及如何在非水或水係電解質中實現可逆沉積。 第八章：高效電催化：燃料電池與電解槽 本章轉嚮能源轉化領域，聚焦於氧還原反應（ORR）、析氫反應（HER）和析氧反應（OER）的電催化劑設計。深入研究瞭非貴金屬催化劑（如Fe-N-C結構）的活性位點工程，以及如何利用納米結構形態學來優化三相界麵（電子-離子-催化劑）的有效麵積。在電解水製氫方麵，闡述瞭酸性與堿性環境中催化劑選擇性的差異，並介紹瞭新型雙功能催化劑在可逆性儲能係統中的應用。 第九章：超級電容器的功率密度極限 本章係統考察瞭電化學雙層電容器（EDLC）和贋性電容器的性能協同。對於EDLC，討論瞭多孔碳材料的孔隙結構（微孔、介孔）對離子可及性的影響，以及溶劑化離子尺寸對電荷存儲的影響。在贋電容方麵，重點分析瞭過渡金屬氧化物（如RuO2, MnO2）和導電聚閤物的快速可逆法拉第反應機製，並提齣瞭結閤高錶麵積與快速電子/離子傳輸的混閤儲能體係設計方案。 第四部分：器件集成與智能製造 本部分將理論與材料轉化為可實際應用的能源設備，強調係統級彆的優化。 第十章：電池管理係統（BMS）與狀態評估 本章討論瞭確保高壓、高能量密度電池安全運行的關鍵技術。深入解析瞭荷電狀態（SOC）、健康狀態（SOH）和功率狀態（SOP）的精確估計方法，包括基於電化學模型（如等效電路模型）和機器學習算法的融閤策略。詳細闡述瞭電池熱失控（Thermal Runaway）的早期預警指標與主動乾預策略，如熱管理係統的集成設計。 第十一章：先進製造技術與規模化挑戰 本章關注從實驗室原型到大規模生産的轉化過程中的工程問題。探討瞭乾法電極製造技術在減少能耗和溶劑使用方麵的優勢與技術難點。討論瞭電極塗布均勻性、輥壓密度對電極結構（孔隙率、比錶麵積）的非綫性影響，以及如何通過在綫監測和反饋控製實現高精度製造。最後，展望瞭模塊化、柔性化和可迴收性設計在未來能源存儲係統中的地位。 本書的特點在於其對“界麵”和“結構調控”的深度聚焦。它不僅僅是對現有技術的羅列，更是對如何通過精細的材料設計和界麵工程，從根本上理解和優化電化學係統運行機理的係統性指南。全書結構嚴謹，引用瞭大量最新的前沿研究成果，為理解和推動下一代能源存儲與轉化技術的發展提供瞭堅實的理論和實踐基礎。

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