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作者:Gamon, P.

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页数:0

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价格:57

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isbn号码:9780080227139

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• 太阳能
• 氢能
• 能源系统
• 可再生能源
• 氢能生产
• 光催化
• 电化学
• 能源转化
• 可持续能源
• 清洁能源

《先进能源存储与转化：聚焦电化学与材料科学》 图书简介 本书深入探讨了当前全球能源转型背景下，电化学方法在新型能源存储与转化技术领域的前沿进展与核心挑战。全书聚焦于下一代电池技术、燃料电池的效率提升、以及电解水制氢在可持续能源系统中的关键作用，并详细剖析了支撑这些技术的先进材料科学基础。 第一部分：高密度电化学储能系统的突破 本部分致力于解析当前锂离子电池技术之外，新兴储能系统的潜力与瓶颈。 第一章：固态电解质的结构与界面工程 本章首先概述了传统液态电解质的安全隐患与能量密度限制。随后，详细阐述了无机固态电解质（如氧化物和硫化物）在离子导电性、机械稳定性以及与电极界面的兼容性方面的最新研究成果。重点讨论了界面阻抗的成因分析，包括析锂相的形成、固态电解质界面（SEI）的演变过程，以及如何通过表面涂层技术或原位构建缓冲层来抑制界面反应，实现高电压下的长期稳定运行。此外，对聚合物基固态电解质的分子动力学模拟及其对锂枝晶生长的抑制机制进行了深入探讨。 第二章：钠离子与多价离子电池：资源的多元化战略 面对锂资源分布不均的问题，本章系统性地评估了钠离子电池（SIB）和锌离子电池（ZIB）的商业化前景。对于SIB，重点分析了硬碳负极的微观结构演化对其嵌钠/脱钠动力学的影响，以及新型层状氧化物和普鲁士蓝类似物正极材料在高电压下的稳定性挑战。在多价离子体系中，详细对比了铝离子（AIB）和镁离子（MIB）的电化学特性。特别关注了如何克服多价离子在传输过程中由于高电荷密度导致的动能学缓慢和沉积形貌控制的难题，提出了基于非水/离子液体电解质的设计思路。 第三章：长时储能技术：液流电池的系统优化 本章将视角转向电网级的长时储能解决方案——液流电池。详细区分了基于钒、锌溴以及新型有机分子的液流电池体系。核心内容集中于电解质的能量密度提升，包括高浓度电解液的溶解度限制及其突破策略，如温度调控和共溶剂的使用。同时，深入探讨了电池堆（Cell Stack）内部的反应器设计，如膜电极组（MEA）的优化、传质阻力最小化技术，以及如何通过先进的电化学传感器技术对活性物质的泄漏和降解进行实时监控与诊断，以延长系统寿命。 第二部分：燃料电池与电催化：效率与耐久性的提升 本部分聚焦于将化学能高效转化为电能的关键技术——燃料电池，以及支撑这些转化的电催化剂设计。 第四章：质子交换膜燃料电池（PEMFC）的性能边界 本章深入剖析了PEMFC在电力驱动和固定式发电中的应用瓶颈。详细介绍了新型全氟磺酸（PFSA）类膜材料的微孔结构设计如何影响质子传导率和水管理能力，尤其是如何在低湿度和高电流密度条件下维持低欧姆极化。核心篇幅用于探讨铂基催化剂的载体效应优化，包括新型碳载体（如氮掺杂碳纳米管和石墨烯气凝胶）的制备及其对铂纳米粒子分散性、抗烧结性和CO毒化抑制的协同作用。此外，对氧还原反应（ORR）的过电位瓶颈进行了深入的理论与实验分析。 第五章：高温电解质与电化学热力学：SOFC的系统集成 本章转向固体氧化物燃料电池（SOFC）和高温电化学器件。详细阐述了基于钪掺杂氧化锆（ScSZ）等新型电解质材料的离子电导率机制及其制备工艺对微观晶界阻抗的影响。在阳极材料方面，对比了传统镍/氧化钌复合材料与新型无贵金属基（如钙钛矿氧化物）材料的电催化活性和对燃料纯度的适应性。着重分析了SOFC在热电联合循环（CHP/CCHP）系统中的瞬态响应与长期热机械应力管理问题。 第六章：非贵金属催化剂在电化学反应中的应用 本章致力于实现电催化剂的成本效益化。重点分析了过渡金属氮化物（TMDs）和单原子催化剂（SACs）在析氢反应（HER）和氧析出反应（OER）中的结构活性关系。通过密度泛函理论（DFT）计算，揭示了活性位点的电子态调控如何影响反应的吸附/脱附自由能。特别关注了如何通过缺陷工程和边缘效应控制，在低负载量下实现接近贵金属的催化效率和稳定性。 第三部分：电化学合成：可持续化学品的绿色路径 本部分转向电化学在能源载体转化和绿色化学品合成中的应用，特别是与水分解相关的过程。 第七章：电解水制氢的效率提升与规模化挑战 本章系统性地回顾了碱性电解槽（AEC）和PEM电解槽（PEMEL）的最新工程进展。对于AEC，重点讨论了非贵金属催化剂在强碱性环境下长期稳定运行的机理，以及隔膜材料在高电流密度下的抗渗透性优化。对于PEMEL，深入分析了膜上水传递、电极浸润度与气泡管理对整体性能的耦合影响。此外，专门探讨了利用间歇性可再生能源（如风能、太阳能）驱动电解槽时的动态运行策略和系统缓冲技术。 第八章：二氧化碳电催化还原（CO2RR）：多产品选择性控制 本章聚焦于将温室气体二氧化碳转化为高价值化学品（如CO、甲酸、乙烯和乙醇）的电催化技术。详细阐述了不同金属（如Cu、Ag、Au）表面对产物选择性的影响机制，特别是通过调控反应中间体（如CO）的表面覆盖率和稳定性的策略。重点介绍了多孔材料（如金属有机框架MOFs和共价有机框架COFs）作为模板化催化剂载体的应用，以增强催化剂的活性面积和抑制竞争性析氢反应。 第九章：电化学合成的反应器设计与过程强化 本章从工程角度探讨了如何将实验室规模的电化学转化过程放大。详细介绍了微反应器技术在提高传质速率和温度控制精度方面的优势。讨论了电化学合成过程中电流密度、pH梯度和电解液循环速率之间的复杂相互作用，并提出了过程强化（Process Intensification）的集成化设计理念，旨在实现高转化率和高法拉第效率的稳定工业运行。 结语：跨学科融合与未来展望 全书最后总结了材料科学、电化学工程和系统集成的交叉前沿，强调了先进计算模拟（如DFT和机器学习）在加速新材料发现和优化反应器性能中的不可替代作用，展望了实现全面可持续能源系统的长期愿景。

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从深度和广度的平衡来看，这本书处理得非常高明。它既没有像某些入门读物那样停留在浮光掠影的概念介绍，也没有陷入纯粹的学术论文的泥潭，而是找到了一个黄金分割点。在探讨光催化剂的能带结构时，它提供了足够的理论深度去解释为什么某些材料表现优异，包括量子效率和界面电荷转移机制的细节，这对于希望深入研究的人来说是极大的福利。但与此同时，它在讨论实际工程应用时，又回归到了更接地气的视角，比如反应器的规模化设计挑战、成本效益分析以及环境影响评估。我特别喜欢其中关于“绿色氢能”经济可行性的章节，作者没有一味地渲染美好愿景，而是极其冷静地列举了当前电网兼容性、基础设施建设的巨大投入等现实难题，这种批判性的视角让整本书的论述显得更加成熟和可信。它提供了一个全面且不失客观的视角，让我们既能看到技术的潜力，也能正视前方的障碍。

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阅读体验上，这本书的叙事节奏把握得恰到其实，它不是那种一上来就抛出艰深理论的“劝退型”著作。开篇部分非常温和，先是宏观地勾勒了全球能源转型的紧迫性与氢能在未来能源结构中的关键地位，用一种近乎文学性的笔触，为读者铺设了一条情感和认知的双重路径。随后，作者才缓缓深入到核心技术细节，但即便是技术细节的阐述，也充满了逻辑的层次感。我注意到作者似乎非常擅长使用类比，比如将复杂的催化剂反应过程比喻成一场精密的“分子舞蹈”，这种生动的描述极大地降低了技术壁垒，让非专业背景的读者也能窥见其奥秘。我常常在阅读过程中停下来，合上书本，在脑海中反复咀嚼那些精妙的比喻，那种恍然大悟的喜悦感是阅读纯粹理论著作时难以体会的。这本书的文字功底很扎实，用词精准却不失温度，读起来像是在听一位充满激情的资深教授在娓娓道来，而非冷冰冰的数据堆砌。

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这本书的封面设计非常引人注目，色彩搭配大胆而富有科技感，那种深邃的蓝色与亮眼的橙色线条交织在一起，仿佛预示着一场关于未来能源的深刻探讨。我刚拿到手时，就被那种厚重的质感和精美的装帧所吸引，感觉像是在捧着一件艺术品。 里面的插图和图表简直是视觉盛宴，无论是复杂的系统流程图还是微观粒子的结构解析，都清晰得令人赞叹。作者在信息呈现上花了不少心思，那些高清的彩色图片和详细的标注，让原本枯燥的物理化学概念变得生动起来。我尤其欣赏那种将宏观理论与微观实验结果并置的编排方式，使得读者在理解能量转换路径时，能够构建起一个完整且立体的知识框架。尽管我对某些高级数学推导感到有些吃力，但那些图示化的解释总是能及时将我从迷失中拉回来，确保了阅读的流畅性。这不只是一本教科书，更像是一部精心制作的科学纪录片，只不过是以文字和图像的形式呈现出来。 读完前几章，我感觉自己对太阳能的捕获和电解过程有了全新的认识，那种严谨的逻辑和详尽的数据支撑，让人信服力十足。

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这本书的结构安排简直是教科书级别的典范，每一章节的过渡都自然得像是呼吸一样顺畅。它不是简单地将“收集”、“转化”、“储存”等环节割裂开来讨论，而是将它们编织成一张巨大的技术网络。比如说，在讨论了光电化学电池的效率瓶颈后，紧接着就自然而然地引出了新型储氢材料的必要性，这种内在的驱动力使得读者不会感到章节之间的跳跃或突兀。更让我印象深刻的是，作者在讨论每一个技术节点时，都会穿插一些历史回顾，简要介绍这项技术是如何从早期的概念一步步发展到目前的成熟阶段。这种“知其所来”的叙述方式，极大地丰富了内容的深度，让我们明白今天的成就并非凭空而来，而是无数次实验失败和理论突破的结晶。这种对历史脉络的尊重和梳理，让整本书的知识体系显得异常坚固和丰满，读完后，我对这个领域的认知不再是碎片化的，而是一个有机的整体。

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这本书在对前沿研究的跟进上，展现了令人敬佩的时效性。我翻阅了很多关于新能源的书籍，很多内容往往在出版时就已经落后于最新的实验室进展。然而，这本书似乎在努力捕捉最新的突破点，我注意到其中对新型钙钛矿材料在光电分解中的最新应用以及微生物电解池的效率提升等方面的描述，都带有明显的近期研究成果的影子。这使得这本书不仅仅是一份知识的总结，更像是一份对未来趋势的预判报告。作者在处理这些快速迭代的技术时，没有将它们当作确定的事实来陈述，而是保持了一种审慎的科学态度，用“有前景的”、“正在探索中”等词语来界定其成熟度。这种严谨的态度，让读者在吸收新知识的同时，也培养了一种对科学探索永无止境的敬畏感。总而言之，这是一部视野开阔、论述严密且极具启发性的作品，它无疑将成为该领域内一本经久不衰的参考书。

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