1绪论 1
1.1概述 1
1.2燃料分配系统中的储能技术 2
1.3储能技术的周期性 2
1.3.1长期储能技术 3
1.3.2短期储能技术 3
1.4负载平衡问题 3
1.5削峰填谷技术 5
1.6短期瞬变 7
1.7可移动设备的储能 7
1.7.1电子设备的储能 8
1.7.2汽车的储能 8
1.8氢动力汽车 9
1.9建筑温控技术 10
1.10先进照明技术 10
1.11本书架构 11
参考文献 12
2基本概念 13
2.1概述 13
2.2热功当量 13
2.3热力学第一定律——能量守恒定律 14
2.4焓 14
2.5熵 15
2.5.1热熵 15
2.5.2构型熵 16
2.6功 16
2.7温度对G，H和S的影响 17
2.8不可逆和可逆的储能模式 17
2.9卡诺极限 18
2.10电能质量 18
参考文献 19
3热能 21
3.1概述 21
3.2显热 22
3.3潜热 23
3.3.1无机相变材料 24
3.3.2有机相变材料 26
3.4准潜热 27
3.5热泵 27
参考文献 27
4可逆化学反应 29
4.1概述 29
4.2非相合反应的类型 29
4.2.1插入反应 30
4.2.2化合反应 31
4.2.3分解反应 32
4.2.4置换反应 32
4.3相图 33
4.3.1吉布斯相律 33
4.3.2二元相图 34
4.3.3杠杆定则 36
4.3.4二元系中三相反应 37
4.3.5包晶反应 39
4.3.6共晶反应 39
4.4固液反应的热效应 42
4.5可逆气相反应的热效应 45
参考文献 48
5有机燃料储能 49
5.1概述 49
5.2生物质能 49
5.3动物中的生物质能 51
5.4固体生物质能 52
5.5合成液体燃料 52
5.6液化气体燃料 52
5.7燃料能量含量 53
参考文献 54
6机械能 55
6.1概述 55
6.2势能 55
6.3压缩气体的势能 57
6.4重力势能 58
6.5水力发电 60
6.6抽水蓄能 61
6.7水流动能 62
6.8动能 62
6.8.1平动动能 63
6.8.2转动动能 64
6.9内部结构中的储能 67
参考文献 68
7电磁能 69
7.1概述 69
7.2电容器的储能 70
7.2.1平行板电容器的储能 70
7.3电荷存储机理 71
7.3.1双电层静电储能 72
7.3.2固体电极表面的二维吸附 73
7.3.3三维吸附 73
7.3.4重构反应 76
7.4相对储能 77
7.5储能品位的重要性 78
7.6电容器的瞬态行为 79
7.7含电容的机电系统暂态模型 81
7.7.1概述 81
7.7.2拉普拉斯变换 82
7.7.3实例 83
7.8磁场储能 84
7.8.1物质在磁场中的能量 85
7.8.2超导磁系统中的储能 89
7.8.3超导材料 90
参考文献 92
8氢能 95
8.1概述 95
8.2氢气的生产 96
8.2.1水蒸气转化法 96
8.2.2水蒸气与碳的反应 98
8.2.3电解水法 100
8.2.4热解水法 102
8.2.5水制氢气其他化学法 103
8.2.6其他方法 107
8.3政府对氢能的推广 107
8.4氢气的储存方法 109
8.4.1高压罐存储气态氢 110
8.4.2绝缘罐存储液态氢 110
8.4.3金属固态储氢 110
8.5其他储氢方法 111
8.5.1含氢负离子的材料 112
8.5.2储氢媒介和相关材料 113
8.5.3可逆有机液体储氢 114
8.6储氢的安全性 116
参考文献 117
9电化学能 119
9.1概述 119
9.2简单的电化学反应 120
9.3电化学电池反应的主要类型 124
9.3.1化合反应 125
9.3.2位移反应 127
9.3.3插入反应 127
9.4重要的实验参数 128
9.4.1操作电压和能量品位 130
9.4.2电荷容量 132
9.4.3最大理论比能量 132
9.4.4充放电过程的电压变化 133
9.4.5循环过程 133
9.4.6自放电 135
9.5电化学电池的一般等效电路 136
9.5.1阻抗对晶胞中离子和原子迁移的影响 137
9.5.2电解质中电子泄露的影响 138
9.5.3粒子的迁移数 139
9.5.4输出电压、离子价态与电子迁移数的关系 140
9.5.5自放电的焦耳热 141
9.5.6电流来自电池的假想 141
参考文献 143
10电化学电池的电压与容量规律 145
10.1概述 145
10.2不同电化学电池热力学属性 145
10.3实例：锂-碘电池 147
10.3.1最大理论能量的计算 149
10.3.2温度对电池电压的影响 150
10.4放电曲线与吉布斯相律 151
10.5库仑滴定法 157
参考文献 160
11均衡与近似均衡下的双电极系统 161
11.1概述 161
11.2二元系中相图与电动势的关系 161
11.3实例：锂-锑系统 164
11.4稳定相域 168
11.5实例：锂-铋系统 168
11.6其他二元系中的库仑滴定法 169
11.7温度对电位的影响 170
11.8氧化物及类似材料的应用 172
11.9埃林厄姆相图与其他相图 174
11.10液态二元系 175
11.11机理和术语的进一步说明 176
11.12小结 178
参考文献 179
12均衡与近似均衡下的三电极系统 181
12.1概述 181
12.2三相图与相稳定性图 181
12.3三元系中子三角结构 183
12.4实例：钠-镍-氯化物构成的三元系 186
12.5实例：锂-铜-氯化物构成的三元系 189
12.5.1电压计算 190
12.5.2实验设计：氯化铜电池 192
12.6 Li-CuCl电池与Li-CuC12电池最大理论比能 193
12.7比容量与容量密度 194
12.8含镁金属氢化物系统 194
12.9实例：锂-过渡金属氧化物 200
12.10两种二元合金构成的三元系 204
12.10.1实例：常温下Li-Cd-Sn构成的三元系 205
12.11附加成分的影响 205
12.12小结 206
参考文献 206
13电极的插入反应 207
13.1概述 207
13.2层结构中附加元素注入的实例 209
13.3浮式柱状层结构 210
13.4固体中附加元素注入的术语 210
13.5元素注入的不同配置方式 211
13.6顺序插入反应 211
13.7不同溶剂的联合注入 215
13.8平行线性隧道注入 216
13.9主体结构的改变 216
13.9.1晶体到非晶体 217
13.9.2电动势对产物的影响 219
13.9.3可移动元素的初步提取 219
13.10电极成分的改变 220
13.10.1概述 220
13.10.2单一金属固溶体成分的改变 221
13.10.3客体离子的构型熵 222
13.10.4金属固溶体中浓度对电子化学势的影响 223
13.10.5金属固溶体中两种相关成分对电势的影响 223
13.10.6金属固溶体中组分对两相重组反应电势对的影响 225
13.11小结 227
参考文献 227
14偏离完全平衡的电极反应 229
14.1概述 229
14.2稳态和亚稳态平衡 229
14.3选择性平衡 231
14.4非晶体结构与晶体结构的形成 232
14.5偏离平衡的动力学原因 234
15铅酸电池 237
15.1概述 237
15.2铅酸系统的化学原理 238
15.2.1 MTSE的计算 239
15.2.2充电状态对电池电压的影响 239
15.3单个电极电势 240
15.4电极与电化学反应机制的联系 242
15.5电极结构 242
15.5.1体积的变化和脱落 243
15.6合金材料在电极网络的应用 244
15.7网络材料的选择与设计 246
15.8密封铅酸电池的发展 246
15.9其他设计 247
15.9.1其他改进 249
15.10 PbO2中氢的迅速扩散 250
参考文献 250
16水性体系中的负电极 251
16.1概述 251
16.2水性体系中的锌电极 251
16.2.1概述 251
16.2.2 H-Zn-O系统的热力学关系 252
16.2.3锌电极的问题 253
16.3镉电极 253
16.3.1概述 253
16.3.2 H-Cd-O系统的热力学关系 254
16.3.3镉电极的运行机制 255
16.4金属氢化物电极 256
16.4.1概述 256
16.4.2金属氢化物电池的商业化发展 257
16.4.3氢化物材料 257
16.4.4歧化和激活 258
16.4.5压力-成分的关系 259
16.4.6温度的影响 260
16.4.7 AB2合金 261
16.4.8两种结构比较 262
16.4.9尚未商业化的电池合金 264
16.4.10氢化物粒子微型胶囊包装 264
16.4.11其他黏合剂 264
16.4.12用于负电极的固体电解质种类 265
16.4.13不同金属氢化物的最大理论容量 265
参考文献 266
17水性体系中的正电极 267
17.1概述 267
17.2水性体系中的二氧化锰电极 268
17.2.1概述 268
17.2.2开路电动势 269
17.2.3放电过程电动势的变化 270
17.3镍电极 270
17.3.1概述 270
17.3.2 Ni（OH）2和NiOOH电极的结构特征 271
17.3.3运行机制 272
17.3.4电化学特性和结构之间的关系 274
17.3.5自放电 276
17.3.6过度充电 278
17.3.7热力学相关知识 278
17.4镍电极记忆的效应 281
17.4.1概述 281
17.4.2镍电极的工作特性 282
17.4.3过度充电现象 285
17.4.4小结 287
参考文献 288
18锂电池的负电极 291
18.1概述 291
18.2锂电极 292
18.2.1非正常位置沉积 292
18.2.2形状改变 292
18.2.3树突 293
18.2.4单纤维式增长 293
18.2.5热耗散 294
18.3金属锂的其他用途 295
18.4锂-碳合金 295
18.4.1概述 295
18.4.2石墨中掺杂金属锂的理想模型 297
18.4.3石墨结构的变化 298
18.4.4锂掺入石墨的结构变化 299
18.4.5石墨中锂的电化学行为 300
18.4.6无定形碳中锂的电化学行为 302
18.4.7含锂的碳氢化合物 303
18.5锂合金 304
18.5.1概述 304
18.5.2二元锂合金的热力学平衡特性 305
18.5.3室温实验 305
18.5.4二元液态合金 306
18.5.5混合导体的矩形电极 306
18.5.6爆裂作用 309
18.5.7微米和纳米结构电极 313
18.5.8室温下非晶形产物的形成 315
参考文献 316
19锂电池的正电极 319
19.1概述 319
19.2电极的插入反应（非重构反应） 320
19.2.1多于一种间隙位置或氧化还原物质的反应 321
19.3放电结束后的电池组成 321
19.4锂电池的固态正电极 323
19.4.1概述 323
19.4.2晶体环境对电势的影响 326
19.4.3氧负离子位于立方阵列面心的氧化物材料 327
19.4.4氧离子位于紧凑六角形阵列的氧化物材料 335
19.4.5含氟离子的材料 339
19.4.6混合离子电池 340
19.4.7无定型化 340
19.4.8氧释放的问题 340
19.4.9小结 346
19.5正电极材料中的氢和水 346
19.5.1概述 346
19.5.2离子交换 347
19.5.3简单的添加方法 347
19.5.4锂-氢-氧构成的热力学系统 348
19.5.5锂电极稳定存在于水中的实例 349
19.5.6比水有更高稳定性的材料 350
19.5.7大气中水蒸气对质子的吸附 350
19.5.8水性体系中锂的提取 351
参考文献 351
20不可充电电池 355
20.1概述 355
20.2常见的Zn-MnO2碱性电池 355
20.3室温下的Li-FeS2电池 356
20.4心脏起搏器中的Li-I2电池 357
20.5震动发生器中的锂-银-钒-氧化物电池 357
20.6锌-空气电池 359
20.7 Li-CFx电池 362
20.8备用电池 363
20.8.1概述 363
20.8.2 Li-SO2电池 364
20.8.3 Li-SOCl2电池 365
20.8.4 Li-FeS2高温电池 365
参考文献 366
21大中型规模的储能技术 367
21.1概述 367
21.2削峰填谷及瞬态问题 367
21.3太阳能和风能的存储 368
21.4专用储能技术 368
21.4.1用于大规模储能的铅酸电池 368
21.4.2钠硫电池 369
21.4.3液流电池 370
21.4.4纯液体电池 374
21.5用于交通工具中的储能技术 376
21.5.1概述 376
21.5.2 ZEBRA电池 379
21.5.3混合储能策略 380
参考文献 381
22展望 383
22.1概述 383
22.2近期发现的大型天然气田 384
22.3新兴技术的发展方向 385
22.4新兴的研究方向 387
22.4.1有机“塑料晶体”材料 387
22.4.2用于锂电池的有机电极材料 387
22.4.3新材料的制备和电池制造技术 388
22.4.4其他电解质 389
22.5结论 389
参考文献 389
索引 391