Designing and Building Fuel Cells pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:McGraw-Hill

作者:Spiegel, Colleen

出品人:

页数:434

译者:

出版时间:2007-5

价格:$ 101.64

装帧:HRD

isbn号码:9780071489775

丛书系列:

图书标签:

• Fuel Cells
• Electrochemistry
• Energy Conversion
• Renewable Energy
• Hydrogen
• Materials Science
• Engineering
• Design
• Technology
• Sustainable Energy

好的，这是一本关于先进材料科学与工程的深度探讨书籍的简介，它完全专注于高能密度储能系统的基础理论、前沿研究与实际应用，与您提到的“设计与构建燃料电池”的主题截然不同。 --- 突破性能量存储：固态电池、超级电容器与下一代电化学界面 一本面向研究人员、高级工程师及能源政策制定者的综合性参考著作 书籍概述 在当前全球能源转型的大背景下，对更高能量密度、更长循环寿命和更安全工作环境的电化学储能设备的需求已达到前所未有的高度。本书《突破性能量存储：固态电池、超级电容器与下一代电化学界面》深入剖析了超越传统锂离子电池体系的尖端储能技术。它摈弃了对现有成熟技术的复述，而是将焦点集中在那些正处于实验室突破阶段、有潜力彻底重塑交通运输、电网稳定及便携式电子设备领域的革命性技术路径上。 本书的叙事结构旨在搭建一座连接基础物理化学原理与复杂系统工程实现的桥梁。内容涵盖了从原子尺度的界面调控，到宏观尺度的电池组设计，力求为读者提供一个全面且前瞻性的视角，理解下一代能量存储系统的核心挑战与机遇。 第一部分：理论基石与界面现象的精细调控 (Fundamentals and Interfacial Engineering) 本部分奠定了理解所有固态和高功率储能系统的理论基础，重点关注电荷传输、离子迁移率以及固-固界面行为的复杂性。 第一章：电化学动力学的高级建模 本章首先超越经典的阿伦尼乌斯方程和Tafel方程，引入非平衡态热力学和密度泛函理论 (DFT) 在预测离子迁移势垒中的应用。重点探讨了在极高电流密度下，界面极化和欧姆过电位如何相互耦合，形成非线性响应。探讨了相场方法 (Phase-Field Modeling) 如何用于模拟材料在充放电过程中的微结构演变，特别是对枝晶生长和应力诱导裂纹的预测精度。 第二章：固-固界面的物理化学挑战 这是本书的核心理论章节之一。它详细分析了在全固态电池（ASSB）中，电解质与电极材料接触的“硬接触”界面所面临的独特难题。 界面阻抗的起源： 深入研究了机械接触压力、热膨胀系数失配以及化学反应性对界面电阻的贡献。引入了瞬态光电子能谱 (Transient PES) 和同步辐射X射线吸收谱 (XAS) 等先进表征技术如何揭示在实际工作条件下，界面相（如Li/固体电解质界面）的动态演变。 空间电荷层 (SCL) 的影响： 探讨了在固态电解质中，由于缺陷浓度梯度导致的SCL的形成机制，以及SCL如何显著影响局部电场分布和锂离子传输速率。 第三章：高熵与无定形储能材料的结构设计 本章聚焦于传统晶体材料的局限性，转向设计具有原子级无序性的新型储能介质。 高熵氧化物/硫化物电解质： 探讨如何通过引入多种阳离子（例如，Hf, Zr, La, Y）来“锁死”晶格振动，从而降低声子散射，提升离子导电性。讨论了如何通过精确控制退火工艺来优化晶界结构，以消除高阻抗的晶界相。 聚合物与凝胶电解质的动态特性： 分析了聚合物基电解质中锂盐解离效率与聚合物链段运动速度（Tg）之间的关系。重点介绍动态核磁共振 (DOSY-NMR) 如何量化在不同温度下聚合物主链对锂离子迁移的阻碍作用。 第二部分：前沿储能系统架构与工程实现 (Advanced Architectures and System Implementation) 本部分从理论转向系统工程，探讨了固态电池之外的超高功率储能方案，以及如何将实验室成果转化为可扩展的工业产品。 第四章：超级电容器的伪电容与混合储能范式 本书将超级电容器视为一个独立的、具有高功率潜力的领域，重点关注如何提升其能量密度。 过渡金属氧化物与导电聚合物的表面工程： 详细阐述了法拉第伪电容的机理，特别是通过原子层沉积 (ALD) 技术在碳骨架上生长超薄、高度有序的氧化锰或铱氧化物层，以最大化表面反应活性。 非对称混合器件设计： 讨论了如何结合高容量的锂离子/钠离子负极与高功率的氧化物正极，以实现功率与能量密度的平衡。分析了不同电解质（如离子液体、水系电解质）对混合电容器内部电荷平衡的挑战。 第五章：金属锂负极的动态控制与微结构管理 金属锂负极是实现极高能量密度的关键，但其枝晶生长是致命缺陷。本章全面探讨了抑制和控制该现象的创新方法。 原位（In-Situ）界面保护层： 介绍利用等离子体聚合或电化学沉积技术，构建具有高度选择性锂离子传输通道的“人工固体电解质界面 (SEI)”。分析了这些人工SEI层的机械强度和离子选择性传输机制。 三维（3D）结构负极设计： 探讨了利用增材制造（3D打印）技术构建多孔碳或金属泡沫结构作为锂的“宿主”，以限制锂沉积体积和均匀化电流密度，从而抑制枝晶的形成。 第六章：电池包的热管理与安全性的系统级仿真 本书强调，尖端材料的成功必须依赖于精密的系统集成。本章专注于热失控预防和热管理效率。 耦合多物理场仿真： 介绍如何使用有限元分析 (FEA) 软件，耦合电化学模型、热传导模型和流体力学模型，精确模拟电池组在极端工况下的温度梯度和应力分布。重点分析了固态电池因接触不良导致的局部过热点（Hot Spots）的预测与缓解。 无源与主动安全策略： 深入探讨新型热抑制材料（如具有高热容的相变材料）在隔板中的集成，以及如何设计快速响应的机械隔离装置来遏制早期热失控的蔓延。 结论：通往商业化应用的路径图 (Roadmap to Commercialization) 本书最后一部分总结了当前技术瓶颈，并对未来十年内最具潜力的技术路径进行了前瞻性评估。它明确指出了从实验室克级制备到工业吨级生产过程中，面临的成本控制、材料纯度保证以及设备兼容性方面的未解决工程问题，为下一代储能技术的研发和投资指明方向。 目标读者： 电化学工程师、材料科学家、能源系统架构师、政府与工业界的研发主管。 关键词： 固态电解质、锂金属负极、界面阻抗、高熵材料、超级电容器、电化学建模、热管理系统、原子层沉积 (ALD)。

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