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储能材料与器件
第5次开课
开课时间: 2025年03月10日 ~ 2025年05月27日
学时安排: 待定
当前开课已结束 已有 31 人参加
老师已关闭该学期,无法查看
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—— 课程团队
课程概述

《储能材料与器件》是新能源材料与器件专业学生的专业课程。作为非本专业学生,学习目标是系统的了解铅酸电池、锂离子电池、镉镍电池、氢镍电池、液流电池、金属空气电池、超级电容器等储能器件的工作原理、结构及性能,以及储能器件关键组成材料的理化性质和特性,掌握电池和超级电容器等储能器件及关键材料的制备、设计等方面的基本原理和方法,为进一步设计和制备新型储能材料与器件打下良好的基础。

授课目标

通过本课程学习,要求学生系统的了解锂离子电池、铅酸电池、镉镍电池、氢镍电池、液流电池、金属空气电池、超级电容器等储能器件的工作原理、结构及性能,以及储能器件关键组成材料的理化性质和特性,熟练掌握电池和超级电容器等储能器件及关键材料的制备、设计等方面的基本原理和方法,为进一步设计和制备新型储能材料与器件打下良好的基础。

成绩 要求

平时作业成绩占50%(包括视频观看+单元测验)

线上考试成绩占50%

课程大纲
绪论
课时目标:了解储能器件的发展历史,掌握储能器件的分类,应用与发展。
1.1 储能的方式介绍
1.2 化学储能电池的发展历史
1.3 化学储能电池的分类及应用领域
1.4 化学储能电池的未来发展趋势
储能材料与器件理论基础
课时目标:掌握从理论上阐述化学电源能否发生,以及化学电源的电动势与吉布斯自由能、熵和焓之间的关系;化学电源工作时内部的传质过程和电子传导过程,速度决定步骤;从微观上理解化学电源在工作时内部的情况。
2.1 电化学热力学基础
2.2 液相传质步骤动力学
2.3 电子转移步骤动力学
铅酸电池
课时目标:重点掌握铅酸电池的工作原理;掌握铅酸电池的分类与结构;铅酸电池正负极材料结构及制备方法,理解正极材料结构、组成与电池性能之间的关系;掌握海绵状金属铅负极材料结构及组成;掌握板栅合金组成,了解制备方法;了解电池的制造工艺。
3.1 铅酸电池概述
3.2 铅酸电池的结构组成
3.3 铅酸电池极板
3.4 铅酸电池制造工艺
镉-镍、氢-镍电池
课时目标:重点掌握镉-镍电池、氢-镍电池的工作原理,电池结构设计。理解镉-镍电池、氢-镍电池充放电特点,正负极活性材料的结构与性能的关联。掌握金属氢化物的类型,制备方法及改性方法。
4.1 镉-镍电池
4.2 镉-镍电池反应机理
4.3 氢-镍电池
4.4 金属氢化物-镍电池
锂离子电池
课时目标:掌握锂离子电池的工作原理及特点,熟悉锂离子电池的电化学特性。掌握钴酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、三元正极等正极材料的晶体结构、制备方法、改性手段。掌握石墨碳、非石墨类碳、合金及氧化物负极材料的结构、性能及改性方法;掌握非水液态电极质、凝胶聚合物电解质、固态电解质的组成,电化学特性。
5.1 锂离子电池概述
5.2 锂离子电池工作原理
5.3 锂离子电池正极材料
5.4 锂离子电池负极材料
5.5 锂离子电池电解质材料
金属空气电池
课时目标:理解空气电池的工作原理,掌握含不同负极材料空气电极的电极反应方程式,并能利用电极反应解释电池性能的变化;了解空气电池的分类与组成;掌握空气电极的结构,特别是氧还原催化剂的种类及性能;掌握锌-空气电池、铝-空气电池、锂-空气电池的负极材料及其修饰和改性方法;了解金属空气电池的应用前景。
6.1 概述
6.2 空气电极
6.3 锌-空气电池
6.4 铝-空气电池
6.5 锂-空气电池
6.6 金属空气电池展望
液流电池
课时目标:掌握液流电池的工作原理及特点,明确液流电池与其他类型电池的异同点;掌握全钒、锌-溴等液流电池的电解质性质,包括组成、稳定性、电化学活性等;掌握离子交换膜的结构与组成,以及改性对膜性能的影响;掌握液流电池用碳素类电极材料的种类、特点、结构组成及性能。
7.1 液流电池概论
7.2 液流电池结构组成
7.3 全钒(VRB)液流电池
7.4 沉积型液流电池
超级电容器
课时目标:掌握电容器的两种不同储能原理(法拉第过程与非法拉第过程);掌握电容器与电池在储能原理、储能密度、充放电曲线以及性能等方面的区别;掌握电容器分类及组成,理解各组成部分在电容器中的作用;重点掌握碳材料以及过渡金属氧化物电极材料的结构、性能及制备、改性方法,了解高分子导电聚合物等电极材料结构组成及性能;了解超级电容器的应用及前景。
8.1 电容器概述
8.2 电容器的分类
8.3 电容器与二次电池的比较
8.4 超级电容器的储能原理
8.5 超级电容器的结构及关键组成
8.6 超级电容器碳电极材料
8.7 超级电容器赝电容电极材料
储能电池发展前沿
9.1 锂离子电池展望
9.2 锂金属电池
9.3 锂硫电池
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预备知识

固体物理、材料科学与基础、应用电化学、物理化学等相关课程知识。

参考资料

[1] 李星,王明珊,陈俊臣等《储能材料与器件》,化学工业出版社,2023年

[2] 吴宇平主编,《绿色电源材料》,化学工业出版社,2008年

[3] 郭炳琨主编,《化学电源-电池原理及制造技术》,中南大学出版社,2009年

[4] 黄可龙主编,《锂离子电池原理及关键技术》,化学工业出版社,2008年

[5] 张华民主编,《液流电池技术》,化学工业出版社,2014年

[6] 袁国辉主编,《电化学电容器》,化学工业出版社,2006年

[7] 余永宁主编,《材料科学基础》,高等教育出版社,2006年

[8] Ji-Guang Zhang,Wu Xu,Wesley A. Henderson, 《Lithium Metal Anodes and Rechargeable Lithium Metal Batteries》, Springer, 2017年

[9] 最近几年发表的储能电池及器件相关文章

西南石油大学
1 位授课老师
王明珊

王明珊

教授

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