水系锌离子电池原理与关键技术电子书

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前言

第1章　绪论

1.1　能源简介

1.1.1　能源的定义与分类

1.1.2　能源的重要性

1.1.3　新能源主要类别简介

1.1.4　新能源储存与转化

1.2　化学电源简介

1.2.1　一次电池

1.2.2　二次电池

1.2.3　金属离子电池

1.2.4　燃料电池

1.2.5　太阳能电池

1.2.6　超级电容器

1.2.7　液流电池

参考文献

第2章　水系锌离子电池概述

2.1　水系锌离子电池的概念

2.1.1　定义与背景

2.1.2　发展历程

2.1.3　应用场景

2.2　水系锌离子电池的构成和工作原理

2.2.1　基本构成

2.2.2　工作原理

2.3　正极材料

2.3.1　常见正极材料种类

2.3.2　正极材料的性能优化

2.3.3　正极材料的挑战与发展方向

2.4　负极材料

2.4.1　锌基负极的特性与发展

2.4.2　负极材料的性能改进策略

2.4.3　负极材料的挑战与发展方向

2.5　电解液

2.5.1　典型电解液类型

2.5.2　电解液的性能优化

2.5.3　电解液的挑战与发展方向

2.6　隔膜

2.6.1　隔膜的功能与重要性

2.6.2　常见隔膜材料

2.6.3　隔膜的性能优化

2.6.4　隔膜的挑战与发展方向

2.7　外壳与整体设计

2.7.1　外壳的设计原则与关键功能

2.7.2　外壳材料与其性能优化

2.8　商用水系锌离子电池的形状与设计

2.8.1　常见形状及其特点

2.8.2　电池设计的关键因素

2.8.3　商用水系锌离子电池的未来趋势

参考文献

第3章　水系锌离子电池正极材料

3.1　锰基正极材料

3.1.1　材料种类

3.1.2　锰氧化物的充放电机理

3.2　钒基正极材料

3.2.1　材料种类

3.2.2　钒基正极材料储能机理

3.3　普鲁士蓝正极材料

3.4　有机正极材料

3.4.1　有机小分子正极材料

3.4.2　共价有机框架正极材料

3.4.3　聚合物正极材料

3.5　金属有机框架正极材料

3.6　金属有机配体衍生物正极材料

参考文献

第4章　水系锌离子电池负极材料

4.1　水系锌离子电池传统金属锌负极材料

4.1.1　金属锌负极的特性

4.1.2　金属锌负极面临的问题

4.2　替代型负极材料研究

4.2.1　碳基负极材料

4.2.2　金属化合物负极材料

4.2.3　有机聚合物负极材料

4.3　水系锌离子电池负极材料与其他组件的协同作用

4.3.1　与正极材料

4.3.2　与电解质

4.3.3　与添加剂

4.4　负极材料的主要反应机理

4.4.1　副反应的种类和机理

4.4.2　锌枝晶形成机理

4.4.3　电化学反应机理

4.4.4　锌离子的溶剂化结构

4.5　针对金属锌负极问题的改进策略

4.5.1　负极成分设计

4.5.2　表面修饰

4.5.3　结构设计

4.5.4　锌粉末负极

4.5.5　3D打印锌负极

4.5.6　电解液改性

4.5.7　其他策略

4.6　水系锌离子电池负极材料的研究挑战与未来展望

参考文献

第5章　水系锌离子电池电解液

5.1　水系电解液电化学基础

5.1.1　水系电解液热力学和动力学基础

5.1.2　水系电解液的电化学稳定窗口

5.2　电解液类型

5.2.1　无机盐电解液

5.2.2　有机盐电解液

5.3　水系电解液的优化

5.3.1　优化目标

5.3.2　高浓度电解液

5.3.3　功能添加剂

5.4　电解液调控策略

5.4.1　正极调控策略

5.4.2　负极调控策略

5.5　水凝胶电解质

5.5.1　交联水凝胶电解质

5.5.2　生物相容性水凝胶电解质

参考文献

第6章　水系锌离子电池储能机理

6.1　纯Zn2+嵌入/脱出机理

6.1.1　结构水对Zn2+嵌入/脱出的影响

6.1.2　金属离子对Zn2+嵌入/脱出的影响

6.1.3　有机分子对Zn2+嵌入/脱出的影响

6.2　双离子共嵌机理

6.2.1　连续的Zn2+和H+共插入机理

6.2.2　两步进行的Zn2+和H+插入机理

6.2.3　Zn2+和其他离子共插入机理

6.3　化学转化反应机理

6.3.1　阳离子和阴离子氧化还原反应机理

6.3.2　化学反应溶解-沉积机理

6.3.3　反应副产物对储能的影响

6.4　有机配位机理与杂化化学机理

参考文献

第7章　生物相容性水系锌离子电池

7.1　生物相容性基本概念

7.2　生物相容性电解质

7.2.1　生物相容性无机盐电解质

7.2.2　生物相容性有机盐电解质

7.2.3　生物相容性水凝胶电解质

7.3　生物相容性负极策略

7.3.1　锌负极枝晶抑制策略

7.3.2　锌负极稳压策略

7.4　生物相容性电池包覆材料

7.5　生物相容性水系锌离子电池的应用

参考文献

第8章　水系锌离子电池器件开发与产业化应用

8.1　水系锌离子电池从实验室走向产业化

8.1.1　从实验室走向产业化存在的主要问题与挑战

8.1.2　产业化关键技术指标概述

8.2　电池衡量的关键指标

8.2.1　高负载量电极

8.2.2　低的N/P比

8.2.3　低的E/C比

8.3　工业应用策略探讨

8.3.1　提高商用电池的稳定性

8.3.2　提高商用电池的生产稳定性

8.4　水系锌离子电池产业化的难点

8.4.1　机理及技术难点

8.4.2　关键材料量产问题

8.4.3　电池规模化生产问题

8.4.4　成本问题

8.4.5　市场接受度和占有量问题

8.5　产业化技术指标

8.5.1　从纽扣电池到小软包电池的转变

8.5.2　从软包电池向工业电池的转变

8.6　基于市场需求的电池性能要求

8.6.1　水系锌离子电池成本要求相关的因素

8.6.2　水系锌离子电池在不同应用场景下的综合性能

参考文献

第9章　水系锌离子电池电化学研究方法

9.1　水系锌离子电池的制作

9.1.1　纽扣式电池的制备

9.1.2　软包电池制备

9.2　电化学动力学测试

9.2.1　恒流间歇滴定法

9.2.2　电化学阻抗测试

9.2.3　循环伏安曲线

9.2.4　塔菲尔曲线

9.3　电化学性能测试

9.3.1　循环伏安测试

9.3.2　恒流充放电测试

9.4　材料的理论计算

9.4.1　电极材料的理论比容量计算

9.4.2　基于DFT的差分电荷计算

9.4.3　电荷密度和态密度计算

9.4.4　离子吸附和迁移路径能垒计算

9.4.5　费米能级计算

9.5　电化学原位表征

9.5.1　原位X射线粉末衍射

9.5.2　原位傅里叶变换红外光谱

9.5.3　原位拉曼光谱

9.5.4　原位X射线光电子能谱

9.5.5　同步辐射表征

参考文献

第10章　水系锌离子电池材料分析表征方法

10.1　材料的物化性能表征

10.1.1　材料的电导率

10.1.2　材料的粒径分析

10.1.3　材料的密度

10.1.4　材料的表面特性和接触角

10.1.5　电解液黏度测量

10.1.6　材料的元素成分分析

10.2　材料的结构与组成分析

10.2.1　傅里叶变换红外光谱

10.2.2　拉曼光谱分析

10.2.3　X射线光电子能谱分析

10.2.4　热分析技术

10.3　材料的形貌表征

10.3.1　扫描电子显微镜

10.3.2　透射电子显微镜

10.3.3　原子力显微镜

10.3.4　在正极材料研究中的应用

10.3.5　在锌负极研究中的应用（核心应用）

10.3.6　在电极制备与失效分析中的应用

参考文献