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定 价：238 元
- 作者：杨全红
- 出版时间：2021/7/1
- ISBN：9787562864073
- 出 版 社：华东理工大学出版社
- 中图法分类：O6
- 页码：
- 纸张：胶版纸
- 版次：
- 开本：16开
本书围绕石墨烯在电化学储能技术中的应用,重点对超级电容器、锂离子电池、锂硫电池等电化学储能器件中涉及的石墨烯基材料进行了介绍,系统阐述了石墨烯在多种电化学储能器件中的角色及功能,给出了一系列石墨烯应用于电化学储能器件的方法、策略和实例。本书共九章,1章为绪论,主要阐述了电化学储能技术的发展现状以及石墨烯应用于电化学储能领域的潜力。第2~6 章分别针对不同的电化学储能器件(超级电容器、锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池、钠离子电池)系统阐述石墨烯在其中扮演的角色以及电化学储能用石墨烯基材料的设计策略。第7、8章进一步将石墨烯基材料的设计策略拓展到新型储能技术体系,包括锂金属负极等其他电化学储能器件的设计和应用。第9章对石墨烯应用于电化学储能器件的发展机遇和面临的挑战做了系统评述。
石墨烯是碳的同素异形体大家族的又一个传奇，也是当今横跨学术界和产业界的超级明星，几乎到了家喻户晓、妇孺皆知的程度。当然，石墨烯是当之无愧的。作为由单层碳原子构成的蜂窝状二维原子晶体材料，石墨烯拥有无与伦比的特性。理论上讲，它是导电性和导热性较好的材料，也是理想的轻质高强材料。正因如此，一经问世便吸引了全球范围的关注。石墨烯有可能创造一个全新的产业，石墨烯产业将成为未来全球高科技产业竞争的高地，这一点已经成为国内外学术界和产业界的共识。从2004年至今，已经有了近十六年的历史沉淀。无论是石墨烯的基础研究，还是石墨烯材料的产业化实践，人们都有了更多的一手材料，更有可能对石墨烯材料有一个全方位套丛书出的、科学的、理性的认识。总结历史，是为了更好地走向未来。对于新兴的石墨烯产业来说，战略前沿新材料石墨烯出版工程的出版意义也是不言而喻的。事实上，国内外已经出版了数十部石墨烯相关书籍，其中不乏经典性著作。本丛书的定位有所不同，希望能够全面总结石墨烯相关的知识积累，反映石墨烯领域的国内外前沿研究进展，展示石墨烯新材料的产业化现状与发展前景，尤其希望能够充分体现国人对石墨烯领域的贡献。本丛书共包括22分册，执笔作者20余位，都是石墨烯领域的重量级学者、专家，因此可以从源头上保障丛书的专业性和科学性。丛书分五大部分，囊括了从石墨烯的基本性质和表征技术，到石墨烯材料的制备方法及其在不同领域的应用，以及石墨烯产品的计量检测标准等全方位的知识总结。同时，两份产业研究报告详细阐述了世界各国的石墨烯产业发展现状和未来发展趋势。除此之外，丛书还为广大石墨烯迷们提供了一份科普读物《有问必答：石墨烯的魅力》，针对广泛征集到的石墨烯相关问题答疑解惑，去伪求真。本丛书的内容涵盖石墨烯新材料的方方面面，每个分册也相对独立，具有很强的系统性、知识性、专业性和即时性，凝聚着各位作者的研究心得、智慧和心血，供不同需求的广大读者参考使用。希望丛书的出版对中国的石墨烯研究和中国石墨烯产业的健康发展有所助益。
2030年前实现碳达峰、2060 年前实现碳中和,中国向世界发出时代强音!随着可再生能源的高效使用、电动汽车产业的快速发展以及智能电网的大规模建设,安全、高效的电化学储能技术成为新能源产业发展的引擎和重要载体。新材料的不断涌现使得储能技术得到了飞速的发展。但更轻、更快、更小、更安全、更长效,是电化学储能技术永恒的追求,新能源产业对于新材料的渴求也是无极限的! 石墨烯作为一种新型碳纳米材料,已在信息、催化、储能等领域显示出巨大的应用潜力。碳材料是电化学储能中的关键材料,在几乎每一种电化学储能器件的发展历程中都扮演了极其重要的角色;作为一种完美的碳材料,石墨烯物理结构稳定、比表面积大、导电性能良好,对大多数电化学储能器件来说,是一种堪称完美的材料可以从多方面大幅提升现有器件的性能,是石墨烯实用化进程中非常重要的一环。因此,在石墨烯研发的热潮中,电化学储能自然成为较热的领域之一。石墨烯储能的论文数量巨大,相比之下其产业化应用却进展缓慢;石墨烯电池的噱头效应也让大家对石墨烯用于电化学储能的真正意义以及实用化前景充满了疑虑。笔者团队(NanoYangGroup)一直从事碳功能材料研究,近10 余年来致力于石墨烯可控制备、界面组装和储能应用研究。始终坚持石墨烯研究的群众路线从碳中来(石墨烯是极限结构的碳材料),到碳中去(石墨烯是碳材料的基本构成单元),倡导用石墨烯解决碳材料做不好或做不了的事情。具体到电化学储能应用,定位石墨烯的角色是解决传统碳材料和纳米材料难以解决的瓶颈问题;倡导石墨烯 的理念,不是要改变(原理),而是要提升(性能,或许是数量级的提升)! 做碳材料做不好的事情率先将石墨烯用于锂电池导电剂, 单层碳片层至柔至薄的特征将不贡献容量的碳导电剂用量降至较低;做碳材料做不了的事情发明石墨烯致密组装策略,构建高密多孔碳实现致密储能,大幅提高锂电池和超级电容器体积能量密度,解决电化学储能空间焦虑。基于笔者团队耕耘石墨烯电化学储能13年的研究实践和对该领域的理解,围绕石墨烯在电化学储能技术中的应用,本书对锂离子电池、锂硫电池、超级电容器等电化学储能器件中涉及的石墨烯基材料进行了介绍,系统阐述了石墨烯在多种电化学储能器件中的角色及功能,给出了一系列石墨烯应用于电化学储能器件的方法、策略和实例。本书共九章,1章为绪论,阐述了电化学储能技术的发展现状以及石墨烯应用于电化学储能器件的潜力和挑战。第2~6 章分别针对不同的电化学储能器件(超级电容器、锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池、钠离子电池等),系统阐述石墨烯的功能以及电化学储能用石墨烯基材料的设计策略。第7、8章进一步将石墨烯基材料的设计策略拓展到新型储能技术体系,包括锂金属负极等其他电化学储能器件的设计和应用。第9 章对石墨烯应用于电化学储能器件的发展趋势和面临的挑战做了系统评述和展望。杨全红负责本书整体构思、框架构建、前言展望撰写及全文定稿修改,孔德斌和吕伟负责书稿的统筹撰写和修改工作,NanoYang团队的30余名新老队友(详见编委会组成)参与本书的初稿撰写。书中的很多研究进展来自10余年中40余位博、硕士研究生的论文工作及多位博士后的研究工作,在此向每一位NanoYanger表示诚挚的感谢! 同时衷心感谢国家自然科学基金委、科技部(国家重大科学研究计划)、天津市和深圳市科技主管部门、合作企业多年来对相关研究的持续资助和大力支持。本书写缘起、论进展、想未来,希望能以感性的笔触、理性的解读,给同行和读者尽量准确的信息,将笔者团队讲有趣的故事,做有用的研究的科研信念和储能的石墨烯 理念传递给政产学研商各界,去浮躁、拾信心,努力将石墨烯储能技术梦想照进现实!也需要指出,石墨烯 储能处于快速发展的阶段,书中很多观点在未来一定会被证明有其历史局限性,本书写作初衷是抛砖引玉,给同行和读者一个思考的原点坐标,冷静而又热烈地去思索石墨烯的未来,期待石墨烯 储能的明天! 限时间维度和作者水平,书中必然存在疏漏和不足之处,敬请各位批评指正!特别感谢过去20余年碳材料研究生涯中,成会明老师、康飞宇老师、日本东北大学京谷隆老师对笔者的教导、帮助和鼓励! 感谢碳材料研究征途中的每一位老师、同行、朋友! 向亲爱的家人,父亲、母亲、妻子、女儿致以深深的谢意,感谢你们的包容和付出!谨以此文献给笔者碳材料研究的引路人,王茂章老师!杨全红2021.2.28于卫津园
杨全红博士，天津大学讲席教授、博士生导师，新加坡国立大学（NUS）-天津大学（TJU）福州学院教授、PI，清华-伯克利深圳学院客座教授。国家杰出青年科学基金获得者、中组部万人计划领军人才、天津市有突出贡献专家、科睿唯安全球高被引科学家和爱思唯尔中国高被引学者，享受国务院政府特殊津贴。1994 年毕业于天津大学，1999 年毕业于中科院煤化所，其后在中科院金属研究所、法国科研中心、日本东北大学、英国南安普顿大学从事博士后研究。从事碳功能材料、新型二维材料和先进电池研究，在Nature Commun., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Energy Environ. Sci. 等刊物发表论文200余篇，他人引用 18000 余次，H因子 77。出版石墨烯材料专著《石墨烯：化学剥离与组装》，拥有中国和国际授权发明专利40余项。成果曾获国家技术发明二等奖（2017）、教育部高等学校科学研究优秀成果一等奖（2019）、天津市自然科学一等奖（2013）等学术奖励。担任储能领域知名刊物《Energy Storage Materials》副主编、《Carbon》、《Science China Materials》等10份刊物编委，为《人民日报》等撰写评论文章。
1章 绪论001
1.1 电化学储能技术003
1.1.1 简介003
1.1.2 电化学储能面临的机遇与挑战004
1.2 石墨烯的发现与制备006
1.2.1 石墨烯的发现006
1.2.2 石墨烯的性质007
1.2.3 石墨烯的制备技术008
1.3 生逢其时石墨烯在电化学储能领域的应用009
1.3.1 碳与石墨烯009
1.3.2 石墨烯用于储能的研究进展010
1.3.3 石墨烯基材料与电极的组装策略011
1.3.4 石墨烯的使命012
参考文献014
第2 章 石墨烯在超级电容器中的应用017
2.1 超级电容器概述019
2.1.1 分类与储能机理020
2.1.2 应用领域022
2.2 石墨烯基超级电容器的设计023
2.2.1 石墨烯基双电层电容器023
2.2.2 石墨烯基赝电容器030
2.3 石墨烯作为模板构建超电容材料032
2.4 基于石墨烯组装体的电极材料的构建033
2.4.1 一维石墨烯基组装体034
2.4.2 二维石墨烯基组装体036
2.4.3 三维石墨烯基组装体037
2.5 应用前景展望041
参考文献042
第3 章 石墨烯在锂离子电池中的应用047
3.1 锂离子电池简介049
3.1.1 发展历史049
3.1.2 机遇与挑战051
3.2 锂离子电池正极052
3.2.1 石墨烯导电添加剂053
3.2.2 石墨烯基复合物作为锂离子电池正极材料062
3.3 锂离子电池负极067
3.3.1 石墨烯在锂离子电池负极中的应用070
3.3.2 石墨烯/非碳复合材料作为锂离子电池负极073
3.4 其他应用078
3.5 材料设计展望080
参考文献081
第4 章 石墨烯在锂硫电池中的应用089
4.1 锂硫电池简介091
4.1.1 特点091
4.1.2 工作机理092
4.1.3 面临的挑战093
4.2 石墨烯在正极结构设计中的应用094
4.2.1 石墨烯/硫复合正极材料095
4.2.2 石墨烯/硫/碳复合正极098
4.2.3 石墨烯/硫/聚合物复合正极材料100
4.2.4 石墨烯/硫/无机颗粒复合正极材料101
4.2.5 石墨烯/Li2S复合正极材料104
4.3 石墨烯在锂硫电池隔膜中的应用106
4.3.1 石墨烯及其衍生物修饰隔膜106
4.3.2 石墨烯/碳材料修饰隔膜109
4.3.3 石墨烯/有机物修饰隔膜111
4.3.4 石墨烯/无机物修饰隔膜113
4.4 锂硫电池催化114
4.4.1 过渡金属化合物催化剂116
4.4.2 单原子催化剂117
4.4.3 异质结构催化剂119
4.5 结论与展望120
参考文献121
第5 章 石墨烯在锂空气电池中的应用125
5.1 锂空气电池概述127
5.1.1 锂空气电池的特点127
5.1.2 锂空气电池的工作机理128
5.1.3 锂空气电池存在的问题129
5.2 锂空气电池正极催化剂材料的研究进展130
5.3 石墨烯在锂空气电池电极材料中的应用133
5.3.1 石墨烯基正极催化剂133
5.3.2 石墨烯/其他组分复合材料基正极催化剂139
5.4 应用前景与展望145
参考文献148
第6 章 石墨烯在钠离子电池中的应用151
6.1 钠离子电池技术概述153
6.2 石墨烯在钠离子电池电极材料中的应用156
6.2.1 石墨烯用作钠离子电池负极材料156
6.2.2 石墨烯负极界面优化167
6.2.3 石墨烯复合材料用作电极材料170
6.3 石墨烯在钠金属负极中的应用193
6.3.1 可加工钠金属负极193
6.3.2 钠空气电池196
6.3.3 钠二氧化碳电池198
6.3.4 室温钠硫电池200
6.4 钠离子电池用石墨烯应用展望201
参考文献202
第7 章 石墨烯在锂金属负极中的应用207
7.1 锂金属负极概述209
7.1.1 应用前景209
7.1.2 发展与挑战209
7.2 石墨烯基锂金属负极支架212
7.2.1 大表面积的石墨烯骨架212
7.2.2 改性石墨烯对锂金属沉积性能的影响217
7.2.3 石墨烯支架对锂金属的机械性能的影响218
7.3 石墨烯基中间功能层221
7.3.1 锂金属负极界面保护221
7.3.2 离子浓度调节层223
7.4 金属锂负极表面封装225
7.5 应用前景展望226
参考文献227
第8 章 石墨烯在其他储能器件中的应用231
8.1 概述233
8.2 混合电容器234
8.2.1 锂离子电容器234
8.2.2 钠离子电容器248
8.2.3 其他混合储能器件254
8.3 双离子电池256
8.3.1 概述256
8.3.2 石墨烯在双离子电池中的应用258
8.4 铅酸蓄电池259
8.4.1 概述259
8.4.2 石墨烯在铅酸蓄电池中的应用260
8.5 展望262
参考文献264
第9 章 石墨烯 储能的机遇和挑战269
9.1 时代机遇和研发进展271
9.2 认识误区和观念更正272
9.3 石墨烯 电池(储能)梦想终将照进现实273
9.3.1 石墨烯做传统碳材料做不好的事情274
9.3.2 石墨烯做传统碳材料做不了的事情275
9.3.3 石墨烯储能技术产业化推进的几点建议276
索引278
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