材料科学与工程导论 双语PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 储能技术的重要性与主要功能 1

1.2 储能技术的多样性 1

1.3 储能技术的分类与发展程度 2

1.4 储能技术应用现状和市场预测 4

1.5 储能技术的研究情况 4

参考文献 5

第2章 锂离子电池技术 6

2.1 锂离子电池发展历史概述和基本原理 6

2.2 锂离子电池的功率和能量应用范围 8

2.3 锂离子电池关键材料发展现状 10

2.3.1 正极材料 10

2.3.2 负极材料 13

2.3.3 电解质材料 15

2.3.4 非活性材料 18

2.4 能量型锂离子电池的技术发展和应用现状 19

2.5 动力型锂离子电池技术发展现状 20

2.6 储能型锂离子电池的发展现状 22

2.7 锂离子电池的技术指标及未来发展线路图 24

2.8 展望 27

参考文献 27

第3章 液流电池技术 33

3.1 液流电池的基本原理和发展历史概述 33

3.1.1 液流电池的基本原理 33

3.1.2 液流电池的发展历史 34

3.2 几种典型的液流电池体系 35

3.2.1 双液流电池体系 36

3.2.2 单沉积型液流电池 39

3.2.3 双沉积型液流电池 39

3.2.4 金属／空气液流电池 41

3.2.5 半固态双液流电池 42

3.3 液流电池的效率与影响因素分析 43

3.3.1 液流电池效率的定义 43

3.3.2 液流电池极化曲线分析 43

3.3.3 电流密度对全钒液流电池性能的影响 45

3.3.4 旁路电流对全钒液流电池性能的影响 46

3.4 液流电池的关键材料 48

3.4.1 液流电池的电极材料 48

3.4.2 液流电池的双极板材料 51

3.4.3 液流电池的膜材料 56

3.5 液流电池经济和技术指标及未来发展展望 63

3.5.1 液流电池装备的经济性概述 63

3.5.2 大规模蓄电储能技术经济性评估方法 64

3.6 本章小结 64

参考文献 66

第4章 全钒液流电池技术 70

4.1 全钒液流电池概述 70

4.2 全钒液流电池关键材料 72

4.2.1 电极材料 72

4.2.2 双极板 78

4.2.3 电解质溶液 81

4.2.4 膜材料 88

4.3 全钒液流电池电堆、系统管理与控制系统 98

4.3.1 电堆结构与设计 98

4.3.2 全钒液流电池系统 105

4.3.3 电池系统控制与管理 107

4.4 全钒液流电池应用及前景分析 108

4.4.1 大规模可再生能源发电并网 108

4.4.2 电网削峰填谷 112

4.4.3 智能微网 115

4.4.4 离网供电系统 117

4.5 前景与挑战 119

参考文献 119

第5章 钠电池技术 124

5.1 引言 124

5.2 钠硫电池 125

5.2.1 钠硫电池的原理与特点 125

5.2.2 管型钠硫电池 126

5.2.3 钠硫电池的应用 134

5.2.4 新型钠硫电池的发展 136

5.3 ZEBRA电池 137

5.3.1 ZEBRA电池的结构与原理 137

5.3.2 ZEBRA电池的特性 138

5.3.3 管型设计的ZEBRA电池 139

5.3.4 平板式设计的ZEBRA电池 143

5.3.5 ZEBRA电池的应用 143

5.4 钠-空气电池 145

5.5 钠离子电池 148

5.5.1 负极材料 149

5.5.2 正极材料 154

5.5.3 电解质 159

5.5.4 水系钠离子电池 160

5.5.5 钠离子电池的价格因素 162

5.6 本章小结 162

参考文献 163

第6章 抽水蓄能技术 169

6.1 抽水蓄能技术的基本原理和发展历史概述 169

6.1.1 抽水蓄能技术的基本原理 169

6.1.2 抽水蓄能的功率和容量 170

6.1.3 抽水蓄能电站的种类 171

6.1.4 抽水蓄能技术的发展历史概述 171

6.2 抽水蓄能技术的功能和能量应用范围 173

6.2.1 抽水蓄能技术的运行特性 173

6.2.2 抽水蓄能技术的功能 174

6.2.3 抽水蓄能技术的应用场合 175

6.2.4 抽水蓄能技术在核电中的应用 175

6.2.5 抽水蓄能技术在风电中的应用 176

6.2.6 抽水蓄能技术在水电中的应用 176

6.3 抽水蓄能技术的应用现状 177

6.3.1 抽水蓄能技术在日本的发展和应用 177

6.3.2 抽水蓄能技术在美国的发展和应用 178

6.3.3 抽水蓄能技术在欧洲的发展和应用 179

6.3.4 抽水蓄能技术在中国的发展和应用 180

6.4 抽水蓄能的发展方向及新技术 181

6.4.1 常规抽水蓄能技术发展动向 181

6.4.2 地下抽水蓄能电站的发展 182

6.4.3 海水抽水蓄能电站的发展 182

6.4.4 可调速抽水蓄能发电机组的发展 183

6.4.5 抽水蓄能电站未来发展路线 185

6.5 抽水蓄能技术的经济性 186

6.5.1 抽水蓄能电站主要技术经济指标 186

6.5.2 抽水蓄能电站环保效益 194

6.5.3 各国抽水蓄能电站的投资、运营、管理模式 196

6.6 本章小结 199

参考文献 200

第7章 压缩空气储能技术 203

7.1 概述 203

7.2 技术原理与特点 204

7.2.1 技术原理 204

7.2.2 技术特点 205

7.2.3 应用领域 207

7.3 发展现状 207

7.3.1 应用现状 207

7.3.2 研发现状 208

7.3.3 技术分类 211

7.4 关键技术 218

7.4.1 压缩机 218

7.4.2 膨胀机 219

7.4.3 储气设备 220

7.4.4 燃烧室 220

7.4.5 储热装置 221

7.5 发展趋势 222

7.5.1 新型蓄热式压缩空气储能系统 223

7.5.2 超临界空气储能系统 223

7.6 本章小结 224

致谢 224

参考文献 225

第8章 低品位热和冷存储技术 228

8.1 低品位热和冷存储技术发展概述 228

8.1.1 低品位热能现状 228

8.1.2 低品位热和冷存储技术现状 228

8.2 低品位热和冷存储材料 229

8.2.1 热能存储方式 229

8.2.2 储热材料分类及性能要求 230

8.2.3 典型储热（冷）材料 238

8.3 相变材料复合技术 241

8.3.1 相变材料封装与成型 241

8.3.2 相变材料导热强化 243

8.3.3 复合材料热导率计算方法 245

8.3.4 复合材料热导率计算模型 246

8.3.5 复合材料储热 249

8.4 储热（冷）技术中的传热问题 250

8.4.1 相变材料的熔化与凝固 250

8.4.2 储热系统散热削弱 255

8.4.3 储热系统传热强化 256

8.5 低品位热和冷存储技术应用 256

8.5.1 太阳能利用 256

8.5.2 建筑节能 257

8.5.3 纺织工业 258

8.6 低品位热和冷存储技术发展趋势 258

参考文献 259

第9章 中高温储热技术 263

9.1 中高温储热技术的基本原理和发展历史概述 263

9.1.1 基本原理 263

9.1.2 发展历史概述 264

9.2 中高温储热技术的功率和能量应用范围 269

9.2.1 显热储热 269

9.2.2 相变储热 270

9.2.3 热化学储热 272

9.2.4 吸附储热 272

9.3 中高温储热材料 273

9.3.1 显热储热材料 273

9.3.2 相变储热材料 273

9.3.3 热化学储热材料 277

9.3.4 吸附蓄热材料 280

9.4 中高温储热系统的应用现状 281

9.4.1 显热和相变储热系统 281

9.4.2 热化学储热系统 284

9.4.3 吸附储热系统 285

9.5 中高温储热的相关新技术发展 287

9.5.1 显热储热相关新技术 287

9.5.2 相变储热相关新技术 288

9.5.3 热化学储热 290

9.5.4 复合储热材料 290

9.5.5 新型储热系统与方法 292

9.6 中高温储热的技术和经济指标及未来发展线路图 294

9.6.1 蓄热材料技术指标 294

9.6.2 技术的成熟度 297

9.6.3 蓄热系统的热效率和？效率分析 298

9.6.4 经济分析 301

9.6.5 蓄热技术未来发展 302

9.7 本章小结 303

参考文献 303

第10章 液态空气储能技术 312

10.1 液态空气储能技术的原理 312

10.2 液态空气储能的特点 313

10.3 液态空气储能技术的发展历史 315

10.4 液态空气储能技术与其他储能技术的比较 316

10.4.1 技术性能比较 316

10.4.2 经济性比较 316

10.5 液态空气储能技术的余能利用 317

10.6 液态空气储能技术在电力系统中的应用分析 318

10.7 液态空气储能在交通运输中的应用 319

10.8 液态空气储能技术的集成应用 321

10.8.1 液态空气储能与燃气轮机发电系统的集成 321

10.8.2 液态空气储能与聚光太阳能热发电系统的集成 321

10.8.3 液态空气储能技术与核电站的集成 323

10.8.4 液态空气储能技术与液化天然气再气化过程的集成 323

10.9 本章小结 323

参考文献 323

第11章 镍氢电池技术 325

11.1 镍氢电池概述 325

11.1.1 基本原理 325

11.1.2 镍氢电池分类 327

11.1.3 镍氢电池发展历史 328

11.2 镍氢电池的功率和能量应用范围 329

11.2.1 民品电池 329

11.2.2 动力电池 329

11.2.3 智能电网 331

11.3 镍氢电池应用现状和产业链及环境问题 332

11.3.1 市场 332

11.3.2 镍氢电池回收 333

11.3.3 回收技术分析 334

11.4 镍氢电池相关新技术的发展 335

11.4.1 正极材料 335

11.4.2 负极材料 336

11.4.3 动力电池 338

11.4.4 电池管理系统 340

11.5 镍氢电池的技术和经济指标及未来发展线路图 341

11.5.1 HEV混合动力车 341

11.5.2 燃料电池车 342

11.6 本章小结 343

参考文献 344

第12章 飞轮储能技术 347

12.1 储能原理和发展历程 347

12.1.1 飞轮储能原理 347

12.1.2 飞轮储能系统结构 348

12.1.3 发展历程 349

12.2 关键技术概论 350

12.2.1 转子材料与结构 350

12.2.2 微损耗轴承技术 354

12.2.3 电机技术 357

12.2.4 飞轮储能电力电子技术 358

12.2.5 真空及系统集成技术 360

12.3 产业应用概况 361

12.3.1 研究开发机构概述 361

12.3.2 生产企业 361

12.4 技术经济分析与发展趋势 361

12.4.1 技术指标 361

12.4.2 经济性估计 364

12.5 本章小结 365

参考文献 365

第13章 电容和超级电容器储能技术 368

13.1 电容和超级电容器储能技术的基本原理和发展历史 368

13.1.1 概述 368

13.1.2 超级电容器简介 368

13.1.3 超级电容器的储能原理 369

13.1.4 超级电容器历史回顾 375

13.2 多孔碳材料 377

13.2.1 电化学性能影响因素 377

13.2.2 活性炭 379

13.2.3 碳气凝胶 381

13.2.4 碳纳米管 384

13.2.5 石墨烯 387

13.3 赝电容材料 388

13.3.1 金属氧化物 388

13.3.2 导电聚合物 395

13.3.3 杂原子掺杂化合物 401

13.4 超级电容器电解液 405

13.4.1 有机体系电解液 406

13.4.2 水系电解液 407

13.4.3 离子液体 408

13.4.4 固态电解质 409

13.5 其他关键原材料 410

13.5.1 导电剂 410

13.5.2 黏结剂 411

13.5.3 集流体 411

13.5.4 隔膜 412

13.6 超级电容器的应用 413

13.6.1 电子类电源 413

13.6.2 电动汽车及混合动力汽车 413

13.6.3 变频驱动系统的能量缓冲器 415

13.6.4 工业电器方面的应用 416

13.6.5 可再生能源发电系统或分布式电力系统 416

13.6.6 军事装备领域 418

13.7 本章小结 418

参考文献 418

第14章 化学热泵系统及其在储能技术中的应用 429

14.1 化学热泵系统概述及其在储能中的作用 429

14.1.1 化学热泵系统工作原理、操作模式与效能分析 429

14.1.2 化学热泵系统中的反应与工质对 431

14.2 化学热泵系统在储能领域的应用研究现状与未来应用场景 436

14.3 本章小结 439

参考文献 439

第15章 储能技术在电力系统中的应用 441

15.1 电力系统应用储能技术的需求和背景 441

15.1.1 电力系统在能源革命中面临的挑战 441

15.1.2 储能技术在电力系统发展和变革中的作用 443

15.1.3 储能技术在电力系统中的主要应用场景 445

15.1.4 电力系统不同应用场景的储能时间尺度及其技术需求特征 446

15.2 储能技术在电力系统中的应用现状 447

15.2.1 储能应用项目概况 447

15.2.2 储能在大规模集中式可再生能源发电领域的应用 451

15.2.3 储能系统参与电力系统辅助服务 454

15.2.4 储能系统在配电网及微电网的应用 456

15.3 我国电力系统储能应用实践 459

15.3.1 国家风光储输示范工程 459

15.3.2 深圳宝清储能电站示范工程 461

15.3.3 福建湄洲岛储能电站示范工程 463

15.3.4 福建安溪移动式储能电站 463

15.3.5 浙江岛屿微网储能示范工程 464

15.3.6 睿能石景山电厂电池储能调频应用示范 465

15.4 适合电力系统应用的储能技术评价 466

15.4.1 电力系统中储能技术的四要素 466

15.4.2 储能的综合评价技术 468

15.5 储能在电力系统应用中的发展趋势和重点研发方向 471

15.5.1 储能在电力系统中的应用趋势 472

15.5.2 储能技术发展新机遇 472

15.5.3 重点关注和攻关的储能技术类型 473

参考文献 476

第16章 储能技术在核电系统中的应用 477

16.1 核电系统概述及其对储能的需求 477

16.1.1 核电系统概述 477

16.1.2 核电对储能技术的需求 485

16.2 核电系统中储能技术的应用现状 486

16.2.1 核电机组调峰能力分析 486

16.2.2 世界主要核电调峰手段 487

16.2.3 核电站配套储能设施——抽水蓄能电站 488

16.2.4 核电站与抽水蓄能电站的配合补偿运行 489

16.2.5 其他蓄能方式与核电的匹配运行 490

16.3 核电系统中储能技术的未来应用情景 491

16.3.1 核电储能技术的发展契机 491

16.3.2 各种储能技术的优缺点 491

16.3.3 适合核电系统的储能技术 492

16.3.4 核电系统与储能电站的联合运行 493

16.3.5 适合于核电系统的新型储能技术 494

16.4 未来核电技术的发展方向及其对储能技术的需求 495

16.4.1 未来核电的发展方向 495

16.4.2 未来核电对储能技术的需求 497

参考文献 498

第17章 储能技术在风力和光伏发电系统中的应用 500

17.1 风力发电和光伏发电技术概述及其对储能的需求 500

17.1.1 国内外风电发展现状 500

17.1.2 国内外光伏发电发展现状 507

17.1.3 风力发电系统概述 512

17.1.4 光伏发电技术概述 520

17.1.5 风力发电和光伏发电对储能的需求 528

17.2 风力发电和光伏发电系统中储能技术应用研究 533

17.2.1 各种储能技术特性分析 533

17.2.2 电力电子技术 534

17.2.3 储能技术在风力发电系统中的应用研究 537

17.2.4 储能技术在光伏发电系统中的应用研究 545

17.3 风力发电、光伏发电和储能技术的未来发展 556

17.3.1 风力发电相关技术的发展 556

17.3.2 光伏发电相关技术的发展 560

17.3.3 储能技术在风电和光伏系统中的应用展望 564

17.4 本章小结 568

参考文献 569

第18章 储能技术在太阳能热发电系统中的应用 572

18.1 太阳能热发电技术的概述及其对储能的需求 572

18.1.1 太阳能热发电技术概述 572

18.1.2 太阳能热发电系统分类及其储能方式 573

18.1.3 太阳能热发电系统性能特点及其优缺点 580

18.2 太阳能热发电系统中储能技术的应用现状 581

18.2.1 熔盐显热蓄热 582

18.2.2 其他太阳能热发电蓄热方法 588

18.3 太阳能发电系统中储能技术的未来应用情景 595

18.3.1 太阳能是解决未来能源问题的主要技术途径 595

18.3.2 太阳能热发电能够提供连续稳定电能，可以成为主力能源 595

18.3.3 太阳能热发电是有经济竞争力的可再生能源发电方式 596

18.3.4 太阳能热发电在国际上已取得巨大成功，并有广阔发展前景 598

18.3.5 我国太阳能热发电发展前景也十分看好 599

18.3.6 熔盐蓄热在太阳能热发电中有很好的应用前景 602

参考文献 603

第19章 储能技术在工业余热回收中的应用 604

19.1 工业余热概述及其对储能的需求 604

19.1.1 工业余热的定义 604

19.1.2 工业余热过程对储能技术的需求 604

19.1.3 工业余热中的主要储存方式 606

19.1.4 工业余热储存系统的要素 606

19.2 工业余热回收中储能技术的应用现状 610

19.2.1 工业对储能技术的需求 610

19.2.2 储热技术应用实例介绍 612

19.3 工业余热回收中储能技术的未来应用 614

19.3.1 移动储热技术 614

19.3.2 与电能消峰结合的储热技术 615

19.3.3 工业余冷的储存 616

19.4 本章小结 617

参考文献 618

第20章 储能技术在交通运输系统中的应用 619

20.1 交通运输系统概述及其对储能技术的需求 619

20.1.1 交通运输系统与国民经济的关系 619

20.1.2 交通运输系统与能源的关系 619

20.1.3 交通运输系统对储能技术的要求 624

20.2 储能技术在交通运输系统中的应用现状 626

20.2.1 飞轮储能和燃料电池储能技术的应用 626

20.2.2 锂离子储能电池在航空领域中的应用 626

20.2.3 储能技术在海上交通系统中的应用现状 628

20.2.4 储能技术在道路交通领域中的应用现状 629

20.2.5 储能系统在电动汽车中应用的关键技术 630

20.2.6 储能技术在纯电动车中的应用 639

20.2.7 储能技术在混合动力汽车中的应用现状 651

20.2.8 动力电池系统的测试评价方法 668

20.3 本章小结 680

参考文献 680

第21章 储能应用的经济性分析 682

21.1 导言 682

21.2 储能市场的现状及预期 684

21.3 储能的应用 686

21.3.1 大容量能量服务 687

21.3.2 辅助服务 687

21.3.3 输电基础设施服务 689

21.3.4 配网基础设施服务 689

21.3.5 用电侧能源管理服务 690

21.4 储能电力服务叠加 690

21.5 对储能电力应用服务的价值评估 691

21.6 对储能应用的成本评估 693

21.6.1 系统安装成本 693

21.6.2 运营及维护成本 693

21.6.3 资金成本 693

21.6.4 其他成本 694

21.7 储能发展的主要瓶颈：成本 694

21.8 储能成本减低的主要途径 696

21.8.1 降低材料成本，提高储能的能量密度 696

21.8.2 规模效益可以带来的储能成本降低 697

21.9 本章小结 699

参考文献 699