超級電容器：材料、係統及應用(國際電氣工程先進技術譯叢) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[法] 弗朗索瓦，張治安 著

圖書標籤:

• 超級電容器
• 儲能
• 電化學
• 材料科學
• 電氣工程
• 能源技術
• 混閤動力汽車
• 可再生能源
• 電子設備
• 係統集成

店鋪： 義博圖書專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111473602

商品編碼：10415400414

包裝：平裝

齣版時間：2014-10-01

圖書基本信息
圖書名稱	級電容器：材料、係統及應用(國際電氣工程先進技術譯叢)
作者	(法)弗朗索瓦,張治安
定價	118.00元
齣版社	機械工業齣版社
ISBN	9787111473602
齣版日期	2014-10-01
字數	595000
頁碼	423
版次	1
裝幀	平裝
開本	16開
商品重量	0.4Kg

內容簡介

級電容器是介於電解電容器和電池之間的一種新型儲能器件，具有循環壽命長、可大電流充放電等特點，其應用市場廣闊，是新能源領域的研究熱點。本書共14章，第1~3章分彆介紹電化學的基礎知識、級電容器概述以及電化學錶徵技術；第4~6章分彆介紹瞭雙電層電容器及其電極材料、雙電層的電化學理論以及贋電容及其電極材料；第7、8章介紹瞭水係介質和有機介質中的混閤電容器及非對稱電容器；第9章介紹瞭離子液體型級電容器；第10~13章分彆介紹瞭級電容器的産業化製造、模型、測試以及可靠性分析；第14章介紹瞭級電容器的應用。各章節之間力求既相對獨立，又相互聯係，在內容上是一個整體。 本書可供級電容器研究人員和技術人員，以及高等院校新能源材料與器件、化學電源等相關專業教師和本科生及研究生學習參考。

作者簡介

目錄

叢書編者序前言叢書主編簡介原書編者簡介貢獻者列錶第1章 電化學基本原理第2章 電化學電容器的概述第3章 電化學技術第4章 雙電層電容器及其所用碳材料第5章 碳基電化學電容器的現代理論第6章 具有贋電容特性的電極材料第7章 有機介質中的鋰離子混閤型級電容器第8章 水係介質中的非對稱器件和混閤器件第9章 基於無溶劑的離子液體的雙電層電容器第10章 産業化級電容器的製造第11章 級電容器在電、熱和老化限製條件下的模型尺寸和熱管理第12章 電化學電容器的測試第13章 電化學電容器的可靠性第14章 電化學電容器的市場及應用

編輯推薦

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文摘

序言

能量存儲的未來：材料革新與器件突破 在這個日益依賴電力的時代，高效、持久的能量存儲技術是推動社會進步的關鍵。從便攜式電子設備到電動汽車，再到智能電網和可再生能源的整閤，對能量存儲的需求正以前所未有的速度增長。盡管鋰離子電池在過去幾十年中占據瞭主導地位，但其固有的能量密度限製、循環壽命問題以及安全隱患，促使科學傢和工程師們積極探索下一代能量存儲解決方案。 在眾多新興技術中，超級電容器（Supercapacitors），也被稱為電化學電容器（Electrochemical Capacitors），正以其獨特的優勢脫穎而齣。它們巧妙地結閤瞭傳統電容器的快速充放電能力與電池的儲能特性，提供瞭一種在能量密度和功率密度之間取得平衡的優異選擇。它們能夠提供數以萬計乃至數十萬次的循環壽命，幾乎不會發生衰減，同時在極短的時間內完成充電和放電，這對於需要頻繁、大功率脈衝輸齣的應用場景至關重要。 然而，要充分釋放超級電容器的潛力，並使其在更廣泛的應用領域落地生根，仍然麵臨著諸多挑戰。這些挑戰不僅體現在材料科學的根本性突破上，也貫穿於器件設計、係統集成以及實際應用場景的優化之中。 材料的深層探索：解鎖能量密度的新維度 超級電容器的性能瓶頸，很大程度上源於其能量存儲機製。目前主流的超級電容器技術主要分為兩大類：雙電層電容器（EDLCs）和贋電容器（Pseudocapacitors）。 雙電層電容器（EDLCs） 主要依靠電極材料錶麵形成雙電層來儲存電荷。這意味著電荷的儲存量直接與電極材料的錶麵積以及電解液離子的可及性相關。目前，活性炭是最廣泛應用的EDLC電極材料，因其成本低廉、孔隙結構發達。然而，活性炭的理論比錶麵積雖然高，但其內部微孔結構往往存在一些“死體積”，限製瞭離子在深層的擴散和存儲。為瞭進一步提升EDLC的能量密度，研究人員正緻力於開發新型高比錶麵積材料，例如： 碳納米材料： 石墨烯、碳納米管（CNTs）以及它們的衍電衍生物，因其優異的導電性、極高的理論比錶麵積和獨特的結構，成為提升EDLC性能的明星材料。通過精確控製這些納米材料的形貌、孔隙結構以及錶麵官能團，可以顯著提高離子在電極中的傳輸效率和存儲容量。例如，構建三維互聯的石墨烯骨架，可以有效避免納米材料的團聚，並為離子提供暢通的傳輸通道。 多孔碳材料的優化： 不僅僅是追求比錶麵積的絕對值，更重要的是優化孔徑分布，使其與電解液離子的尺寸匹配。通過引入介孔結構，可以同時滿足大錶麵積和快速離子傳輸的需求。此外，將氮、硫、磷等雜原子摻雜到碳材料中，可以引入額外的贋電容效應，進一步提高能量密度，並優化電極與電解液的相互作用。 新型導電聚閤物： 一些具有良好導電性和氧化還原活性的導電聚閤物，如聚苯胺（PANI）、聚吡咯（PPy）等，也可以作為EDLC的電極材料。它們不僅具有一定的錶麵電荷存儲能力，還能通過其聚閤物鏈上的氧化還原反應貢獻部分贋電容。 贋電容器（Pseudocapacitors） 則利用電極材料錶麵的快速、可逆的氧化還原反應來儲存電荷，這與電池的電化學反應類似，但其反應速率更快，循環壽命更長。常見的贋電容材料包括： 金屬氧化物： 如二氧化錳（MnO2）、氧化釕（RuO2）、氧化鎳（NiO）、氧化鈷（Co3O4）等。它們具有豐富的氧化態，能夠發生快速的法拉第反應，提供較高的比容量。然而，許多金屬氧化物存在導電性差、循環穩定性不足等問題。 導電聚閤物： 如上所述，導電聚閤物也能錶現齣顯著的贋電容特性。研究人員正緻力於開發具有更高比容量、更好導電性和更穩定循環性能的新型導電聚閤物。 過渡金屬硫化物和氮化物： 近年來，過渡金屬的硫化物（如MoS2、WS2）和氮化物（如TiN、VN）因其獨特的電子結構和高活性位點，在贋電容領域展現齣巨大的潛力。這些材料通常具有良好的導電性和豐富的氧化還原反應活性。 構建高性能器件：結構設計與界麵工程 僅僅擁有優異的電極材料是不足以構建齣高性能超級電容器的，器件的整體結構設計和電極-電解液界麵工程同樣至關重要。 電極結構設計： 三維多孔結構： 無論是EDLC還是贋電容器，構建高效的三維互聯多孔結構是提升離子傳輸效率和利用率的關鍵。這可以通過模闆法、自組裝等技術實現，確保電極材料能夠充分接觸電解液，並為離子提供快速的擴散通道。 復閤材料設計： 將不同特性的材料進行復閤，例如將高比錶麵積的碳材料與高贋電容的金屬氧化物或導電聚閤物結閤，可以實現“1+1>2”的協同效應。碳材料提供優異的導電性和結構支撐，而贋電容材料則貢獻主要的儲能能力。 薄膜化與柔性化： 隨著柔性電子器件的興起，開發輕薄、柔韌的超級電容器變得尤為重要。這需要將電極材料沉積在柔性基底上，並采用靈活的電解質和隔膜。 電解液的選擇與優化： 水係電解液： 成本低廉、安全環保，是目前應用最廣泛的電解液。然而，其工作電壓窗口受限於水的電化學分解電壓（約1.2V），限製瞭能量密度的提升。 有機電解液： 具有更寬的工作電壓窗口（可達2-3V），能夠顯著提高能量密度。但有機電解液的成本較高，且存在易燃易爆的風險。 離子液體： 具有極寬的工作電壓窗口（可達4-5V），熱穩定性好，不易燃。然而，其粘度較大，離子電導率相對較低，且價格昂貴，限製瞭其大規模應用。 固態電解質： 具有更好的安全性和機械性能，是未來超級電容器發展的重要方嚮。開發高離子電導率、寬電壓窗口且與電極材料相容的固態電解質是當前的研究熱點。 電解液添加劑： 通過添加特定的添加劑，可以改善電解液的穩定性、潤濕性以及與電極界麵的相互作用，從而提升器件的性能和壽命。 界麵工程： 電極材料與電解液之間的界麵是電荷傳輸和儲存的關鍵區域。優化界麵可以減少界麵電阻，提高離子傳輸速率，並抑製副反應的發生。這包括研究錶麵修飾、界麵塗層等技術。 係統集成與應用拓展：從實驗室走嚮現實 當材料和器件的性能得到顯著提升後，如何將這些獨立的單元集成到實際應用中，則是將技術轉化為生産力的關鍵一步。 多電池組裝與管理： 對於需要更高電壓或能量的實際應用，通常需要將多個超級電容器單體串並聯構成電池組。這就需要精密的電池管理係統（BMS）來均衡各單體的電壓和電流，防止過充過放，確保整個係統的安全和高效運行。 混閤儲能係統： 超級電容器的功率密度優勢使其成為與高能量密度但低功率密度的電池（如鋰離子電池）互補的理想選擇。在電動汽車、混閤動力係統、電網儲能等領域，構建超級電容器與電池的混閤儲能係統，可以充分發揮各自優勢，實現快速的能量迴饋和穩定的能量輸齣。 智能電網與可再生能源整閤： 隨著風能、太陽能等不穩定可再生能源的普及，電網需要更強的儲能和功率調節能力來維持電網的穩定運行。超級電容器憑藉其快速響應能力，可以有效地平滑可再生能源的波動，提供頻率調節和電壓支撐。 電動汽車的加速與製動能量迴收： 在電動汽車的加速過程中，超級電容器可以提供強大的瞬時功率輸齣，提升加速性能。在製動過程中，它們能夠高效地迴收製動能量，並儲存起來，用於下次加速，顯著提高能源利用效率，延長續航裏程。 消費電子與便攜式設備： 對於智能手機、平闆電腦、可穿戴設備等，超級電容器可以提供快速充電功能，或者作為輔助電源，應對高功率瞬時需求，例如在相機閃光燈工作時。 工業應用： 在港口起重機、軌道交通、工業機器人等需要頻繁、大功率脈衝輸齣的工業場景，超級電容器能夠提供可靠的動力支持，並實現高效的能量迴收。 挑戰與展望：邁嚮更廣闊的未來 盡管超級電容器技術取得瞭顯著進展，但其發展道路並非坦途。 能量密度瓶頸： 相較於鋰離子電池，超級電容器的能量密度仍然較低，這是限製其在長續航電動汽車等領域廣泛應用的主要因素。如何進一步提升單位質量或單位體積的儲能量，仍然是材料科學領域最核心的挑戰。 成本問題： 一些高性能的電極材料（如石墨烯、某些金屬氧化物）和電解液（如離子液體）的製備成本較高，阻礙瞭超級電容器的大規模商業化應用。開發低成本、高效率的材料閤成與器件製造工藝至關重要。 安全性和穩定性： 盡管超級電容器比鋰離子電池更安全，但在極端條件下，如高溫、過充等，仍然可能存在安全隱患。提高器件在各種環境下的穩定性和安全性，是贏得消費者信任的關鍵。 標準化與互操作性： 隨著應用領域的多元化，建立統一的測試標準、性能評估方法以及接口規範，有助於加速技術的推廣和産品的互操作性。 展望未來，隨著材料科學的不斷突破，新型納米材料、二維材料以及先進的復閤材料將繼續湧現，為提升超級電容器的能量密度和功率密度提供新的可能。同時，高性能固態電解質的開發將顯著提升器件的安全性、能量密度和工作溫度範圍。此外，人工智能和機器學習技術的應用，將加速新材料的發現和器件結構的優化，並有助於構建更智能、更高效的儲能係統。 超級電容器，作為連接快速能量供給與高效能量儲存的橋梁，正憑藉其獨特的優勢，在能源存儲領域扮演著越來越重要的角色。從基礎研究的深化到工程技術的創新，從材料的革新到係統的集成，超級電容器的未來充滿無限可能，它將為構建一個更清潔、更高效、更可持續的能源社會貢獻不可或缺的力量。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的整體印象是，它是一本麵嚮深度研究和工程實踐的權威參考書。雖然我還沒有深入閱讀細節，但其編排的邏輯——從微觀的材料，到中觀的係統，再到宏觀的應用——似乎提供瞭一條清晰的學習路徑。我期望這本書能幫助我理解超級電容器的內在物理化學原理，以及如何在實際工程中有效地設計、製造和應用它們。對於我來說，這本書不僅僅是知識的堆砌，更是一種解決問題的思路和技術創新的靈感來源，它所提供的“先進技術”標簽，讓我對接下來的內容充滿瞭期待。

評分☆☆☆☆☆

“應用”部分，這無疑是吸引我作為一名潛在技術使用者和學習者的最直接因素。超級電容器在快速充電、能量迴收、峰值功率輔助等方麵的優勢，已經在很多領域嶄露頭角。我迫切想知道書中會列舉哪些令人振奮的應用案例。比如，在電動汽車領域，超級電容器是如何與電池協同工作的，以提高加速性能和製動能量迴收效率？在智能電網中，它們又扮演著怎樣的角色，以應對電力需求的瞬時波動？甚至是在消費電子産品和工業設備中，有哪些創新的應用是我想象不到的？書中對這些應用的詳細介紹，不僅能讓我瞭解超級電容器的商業價值，更能激發我對未來潛在應用場景的思考和探索。

評分☆☆☆☆☆

“係統”層麵，我理解這部分將不僅僅停留在材料本身，而是將目光投嚮如何將這些材料有效地集成，構建齣能夠實際工作的超級電容器器件。這可能涉及到電極的設計、電解液的選擇、隔膜的性能，以及整個器件的封裝技術。我很好奇書中會如何闡述不同係統架構的設計理念，例如，串並聯的組閤方式如何影響整體的電壓和容量？高分子電解液相比於傳統液體電解液，在安全性、工作溫度範圍和能量密度上會有哪些提升？還有，超級電容器的功率管理係統（PMS）又是如何設計的，纔能確保其在高頻充放電過程中的穩定性和效率？這些係統層麵的知識，對於我理解超級電容器的工程化實現以及其與傳統電池的集成應用，提供瞭寶貴的洞察。

評分☆☆☆☆☆

作為一個對新能源技術充滿好奇的學生，我一直被各種能量存儲方案所吸引，尤其是那些能快速充放電的器件。超級電容器，這個名字本身就帶著一種未來科技的想象，聽起來就比傳統的鋰電池更“潮”一些。在瀏覽瞭眾多技術書籍後，《超級電容器：材料、係統及應用》這本書的齣現，讓我眼前一亮。雖然我尚未深入閱讀其具體章節，但僅僅是書名所涵蓋的“材料”、“係統”和“應用”這三個關鍵詞，就勾勒齣瞭一幅宏大的技術圖景。 “材料”部分，我猜測會深入探討構成超級電容器核心的各種新型導電材料，比如活性炭、碳納米管、石墨烯，甚至是一些更前沿的納米材料。想象一下，能夠通過精準控製這些材料的微觀結構，來極大地提升電容器的能量密度和功率密度，這無疑是推動超級電容器走嚮廣泛應用的關鍵。我非常期待書中能詳細介紹這些材料的製備工藝、電化學性能以及它們在不同應用場景下的優劣勢分析。比如，不同孔徑分布的活性炭對電解液離子的傳輸速率會有怎樣的影響？石墨烯的層數和堆疊方式又會如何決定其作為電極材料的潛能？這些具體的技術細節，對於我理解超級電容器的性能瓶頸和未來的突破方嚮至關重要。

評分☆☆☆☆☆

從書名《超級電容器：材料、係統及應用》所展現齣的“國際電氣工程先進技術譯叢”的定位來看，這本書很可能匯聚瞭全球在該領域的最新研究成果和最前沿的技術動態。作為一名初學者，我期待這本書能夠提供一個係統、全麵且深入的視角，幫助我快速建立起對超級電容器技術體係的完整認知。我希望書中能夠用清晰的語言，配閤高質量的圖錶和數據，來闡述復雜的概念。同時，我也希望能從書中瞭解到一些尚未成熟但前景廣闊的研究方嚮，例如固態超級電容器、混閤型超級電容器等，這些都可能預示著下一代能量存儲技術的變革。