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前言 万群 1

1 人类社会对能源的需求与面临的挑战 1

1.1 能源需求的持续增长 1

1.2 能源结构的变化 3

1.3 矿物能源面临枯竭的前景 3

1.4 矿物燃料燃烧造成的环境污染 4

2 新能源与新能源材料 6

2.1 材料的作用 6

2.2 新能源材料的任务及面临的课题 7

3 一些新能源材料的主要进展 8

3.1 金属氢化物镍电池材料 9

3.2 锂离子二次电池材料 10

3.3 燃料电池材料 11

3.4 太阳电池材料 13

3.5 核能材料 14

参考文献 15

第1篇 新型二次电池材料 17

第1章 新型二次电池概述 汪继强 17

1.1 新型二次电池及其在国民经济中的地位、作用及发展前景 17

1.1.1 二次电池简介 17

1.1.2 新型二次电池在国民经济中的地位、作用及发展前景 19

1.2 Ni/MH二次电池 23

1.2.1 Ni/MH二次电池的产生及其特点 23

1.2.2 Ni/MH电池的结构和工作原理 24

1.2.3 Ni/MH二次电池及正负极材料的发展现状 28

1.3 锂离子二次电池 32

1.3.1 锂离子电池原理和特性 33

1.3.2 锂离子电池的发展现状及前景展望 35

参考文献 43

第2章 金属氢化物镍电池材料 雷永泉 张允什 44

2.1 高密度球形Ni(OH)2正极材料 44

2.1.1 球形Ni(OH)2的基本性质与制备方法 44

2.1.2 影响高密度球形Ni(OH)2电化学性能的因素 47

2.1.3 Ni(OH)2正极材料的研究动向 51

2.2 储氢合金负极材料概述 52

2.3 AB5型混合稀土系储氢电极合金 55

2.3.1 合金的化学成分与电极性能 55

2.3.2 合金的表面改性处理与电极性能 67

2.3.3 合金的组织结构与电极性能 71

2.4 AB2型Laves相储氢电极合金 79

2.4.1 AB2型Laves相储氢电极合金的基本特征 80

2.4.2 AB2型Laves相储氢电极合金的研究开发 82

2.4.3 AB2型Laves相储氢电极合金的发展方向 92

2.5 其它新型高容量储氢电极合金 93

2.5.1 Mg-Ni系非晶合金 93

2.5.2 V基固溶体型合金 96

2.6 Ni/MH电池材料的再生利用 102

2.6.1 Ni/MH电池产业的发展及其对金属资源的需求状况 103

2.6.2 Ni/MH电池材料的再生利用技术 104

参考文献 108

第3章 锂离子电池材料 陈立泉 114

3.1 锂离子电池负极材料 114

3.1.1 金属锂负极材料 114

3.1.2 合金类负极材料 115

3.1.3 碳负极材料 116

3.1.4 氧化物负极材料 122

3.1.5 其它负极材料 124

3.1.6 对锂离子电池负极材料的要求 124

3.2 锂离子电池正极材料 124

3.2.1 一般二次锂电池正极材料 124

3.2.2 LiCoO2正极材料 127

3.2.3 LiNiO2正极材料 130

3.2.4 尖晶石LiMn2O4正极材料 131

3.2.5 锂离子电池正极材料的发展 137

3.3 电解质材料 143

3.3.1 非水有机溶剂电解质 144

3.3.2 聚合物电解质 149

3.3.3 无机固体电解质 154

3.3.4 电解质的新发展 155

参考文献 158

第2篇 燃料电池材料 161

第4章 燃料电池现状与未来 衣宝廉 邵志刚 161

4.1 概述 161

4.2 几种燃料电池的研究现状 161

4.2.1 碱性氢氧燃料电池 161

4.2.2 磷酸型燃料电池 164

4.2.3 质子交换膜型燃料电池 165

4.2.4 熔融碳酸盐型燃料电池 167

4.2.5 固体氧化物燃料电池 168

4.3 前景与挑战 169

参考文献 171

第5章 质子交换膜型燃料电池材料 衣宝廉 邵志刚 174

5.1 质子交换膜型燃料电池简介 174

5.2 质子交换膜型燃料电池材料 175

5.2.1 电催化剂 175

5.2.2 多孔气体扩散电极及制备工艺 178

5.2.3 质子交换膜 181

5.2.4 双极板材料与流场 184

5.3 电池组技术 186

5.3.1 电池组的密封技术 186

5.3.2 电池组内增湿技术 187

5.3.3 电池组排热技术 188

5.3.4 电池组与性能 189

参考文献 191

第6章 熔融碳酸盐燃料电池材料 衣宝廉 192

6.1 熔融碳酸盐燃料电池简介 192

6.2 熔融碳酸盐燃料电池材料 193

6.2.1 电池隔膜 193

6.2.2 MCFC的电极 196

6.2.3 双极板 197

6.3 电池结构与性能 198

6.3.1 电池结构 198

6.3.2 电池性能 199

6.4 MCFC需解决的关键技术 201

参考文献 204

第7章 固体氧化物燃料电池材料 江义 205

7.1 固体氧化物燃料电池简介 205

7.2 固体氧化物燃料电池材料 206

7.2.1 固体氧化物电解质与氧化物电解质膜 206

7.2.2 电极材料与其他电池材料 209

7.3 电池结构与性能 213

7.3.1 管式SOFC 213

7.3.2 平板式SOFC 214

7.3.3 瓦楞式SOFC 215

7.3.4 其他SOFC结构 216

7.3.5 电池组性能 216

参考文献 218

第3篇 太阳电池材料 222

第8章 太阳电池材料概述 万群 222

8.1 太阳电池与材料 222

8.2 太阳电池的工作原理 226

8.2.1 太阳能 226

8.2.2 半导体材料的主要性质 228

8.2.3 半导体与光伏效应 233

8.2.4 转换效率及其影响因素 237

8.3 太阳电池大规模应用的有关问题 239

8.3.1 影响太阳电池发展的几个根本问题 239

8.3.2 太阳电池主要发展方向 241

8.4 太阳电池发展与现状 245

8.5 进入21世纪太阳电池的发展规划 248

8.5.1 发达国家的规划 248

8.5.2 发展中国家的规划 250

8.5.3 我国的发展规划与政策措施 250

参考文献 252

第9章 晶体硅太阳电池材料 林安中 254

9.1 晶体硅太阳电池的发展情况 254

9.2 晶体硅太阳电池结构 254

9.3 晶体硅太阳电池材料与技术 257

9.3.1 单晶硅太阳电池及材料 257

9.3.2 多晶硅太阳电池及材料 261

9.3.3 其他多晶硅类太阳电池及材料 265

9.3.4 晶体硅太阳电池用硅材料 267

9.3.5 空间用硅太阳电池 268

9.4 晶体硅太阳电池的发展 268

参考文献 269

第10章 非晶硅太阳电池材料 耿新华 272

10.1 概述 272

10.1.1 非晶硅半导体材料 272

10.1.2 非晶硅太阳电池的特征 275

10.1.3 非晶硅太阳电池的制备 277

10.2 非晶硅太阳电池的发展进程 279

10.2.1 提高非晶硅太阳电池转换效率的技术措施 280

10.2.2 提高非晶硅太阳电池稳定性的研究 285

10.3 对非晶硅太阳电池的进一步研究与开发 289

10.3.1 改善非晶硅材料稳定性的新途径 289

10.3.2 新型硅基薄膜叠层电池的研究 292

10.3.3 降低非晶硅电池制造成本的新技术 295

10.4 非晶硅太阳电池的应用现状与发展前景 297

10.4.1 非晶硅太阳电池的应用现状 297

10.4.2 非晶硅太阳电池的应用前景 299

参考文献 300

第11章 Ⅱ-Ⅵ族多晶薄膜太阳电池材料 季秉厚 304

11.1 引言 304

11.2 材料性质 305

11.2.1 CdTe薄膜材料性质 305

11.2.2 CdS薄膜材料性质 306

11.2.3 CuInSe2薄膜材料性质 307

11.3 太阳电池的结构及工作原理 310

11.3.1 CdTe/CdS太阳电池 310

11.3.2 CuInSe2太阳电池 311

11.4 薄膜材料及太阳电池的制备工艺 312

11.4.1 CdTe、CdS薄膜材料及CdS/CdTe太阳电池的制备方法 312

11.4.2 CdS/CdTe太阳电池制备中的主要影响因素 312

11.4.3 CuInSe2薄膜生长工艺 314

11.4.4 CdS/CuInSe2太阳电池制备中的主要影响因素 316

11.5 薄膜太阳电池的发展现状和前景 318

参考文献 320

第12章 Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池材料 向贤碧 323

12.1 空间环境对太阳电池的要求 323

12.2 砷化镓基系太阳电池的特性 325

12.3 单结GaAs基系太阳电池 330

12.3.1 LPE GaAs太阳电池 332

12.3.2 MOVPE GaAs/Ge太阳电池 334

12.3.3 超薄GaAs太阳电池 338

12.4 多结叠层GaAs基系太阳电池 339

12.4.1 Al0.37Ga0.63As/GaAs双结叠层电池 340

12.4.2 Ga0.5In0.5P/GaAs多结叠层电池 341

12.4.3 GaAs/GaSb叠层电池 347

12.5 InP基系太阳电池 347

12.5.1 InP/Si异质外延单结太阳电池 349

12.5.2 InP/InGaAs叠层电池 351

12.6 Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池的新概念 352

12.6.1 多量子阱太阳电池 352

12.6.2 光子再循环效应 356

12.6.3 新窗口层材料ZnSe 357

12.6.4 Ga0.5In0.5P/GaCs叠层聚光电池的地面应用 358

参考文献 359

第13章 太阳电池组件、系统及其成本分析 林安中 364

13.1 太阳电池组件 364

13.2 光伏发电系统 365

13.3 成本分析 366

参考文献 369

第4篇 核能材料 370

第14章 核能材料概述 石永康 郁金南 370

14.1 裂变反应堆材料 370

14.1.1 裂变原理和裂变反应堆 370

14.1.2 裂变堆材料分类和特征 374

14.2 聚变堆材料 377

14.2.1 聚变原理和托卡马克装置 377

14.2.2 聚变堆主要材料及其特征 380

14.3 核能材料的辐照效应 381

14.3.1 辐照缺陷的产生过程 381

14.3.2 核能材料中的辐照损伤现象 384

参考文献 390

第15章 改进型水冷动力堆材料 张忠岳 黄玉才 391

15.1 先进堆芯和安全运行对燃料组件提出的问题 391

15.1.1 芯块与包壳相互作用 391

15.1.2 包壳水侧腐蚀 392

15.1.3 大破口失水事故下芯块和包壳的行为 393

15.2 压水堆堆芯新材料 393

15.2.1 新型锆合金包壳材料 394

15.2.2 锆-2.5铌合金 397

15.2.3 氧化钆(Gd2O3)和铪 400

15.3 压力容器材料的辐照脆化 401

15.3.1 压力容器材料的辐照脆化现象 401

15.3.2 压力容器钢材的改进 404

15.3.3 反应堆压力容器辐照脆化的监督 405

15.4 热交换器的替代材料 406

15.4.1 蒸汽发生器的腐蚀和疲劳损伤 407

15.4.2 蒸汽发生器传热管替代材料 409

15.4.3 凝水器管子材料 410

参考文献 412

第16章 先进的核燃料的氚增殖材料 邱学良 李文埮 413

16.1 概述 413

16.1.1 包覆颗粒燃料的现状和未来 414

16.1.2 快中子堆燃料的动向 415

16.1.3 氚增殖材料简介 415

16.2 高温气冷堆包覆燃料颗粒 417

16.2.1 包覆燃料颗粒的制备工艺 417

16.2.2 包覆燃料颗粒的使用性能 420

16.3 一体化快堆金属燃料--U-Pu-Zr合金 424

16.3.1 U-Pu-Zr合金燃料的制造 424

16.3.2 U-Pu-Zr合金燃料堆内行为 425

16.4 先进陶瓷燃料 429

16.4.1 碳化物燃料 429

16.4.2 氮化物燃料 433

16.5 高性能氚增殖材料 435

16.5.1 陶瓷氚增殖材料 435

16.5.2 液态金属氚增殖材料 438

参考文献 439

第17章 新一代结构材料 林少非 卢浩琳 440

17.1 概述 440

17.1.1 聚变堆第一壁材料应具备的基本性能 440

17.1.2 对热离子燃料元件材料的要求 441

17.1.3 高温气冷堆用石墨的主要特征 442

17.2 聚变堆第一壁结构材料 443

17.2.1 铁素体和马氏体不锈钢 443

17.2.2 钒合金 444

17.2.3 碳化硅纤维增强碳化硅复合材料 447

17.3 热离子燃料元件材料 448

17.3.1 钼及其合金化钼单晶 449

17.3.2 钨及其合金化钨单晶 449

17.3.3 其他发射电子材料 450

17.3.4 陶瓷绝缘材料 451

17.4 核纯的高辐照稳定性石墨 452

17.4.1 高温气冷堆用多晶石墨的制造和组织结构 452

17.4.2 近各向同性石墨和基体石墨 454

17.4.3 石墨的辐照效应 456

参考文献 459