超级电容器:材料、系统及应用(国际电气工程先进技术译丛)

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法弗朗索瓦,张治安 著
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  • 超级电容器
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店铺: 黄金美玉图书专营店
出版社: 机械工业出版社
ISBN:9787111473602
商品编码:27919682992
包装:平装
出版时间:2014-10-01

具体描述

基本信息

书名:超级电容器:材料、系统及应用(国际电气工程先进技术译丛)

定价:118.00元

作者:(法)弗朗索瓦,张治安

出版社:机械工业出版社

出版日期:2014-10-01

ISBN:9787111473602

字数:

页码:

版次:1

装帧:平装

开本:16开

商品重量:0.4kg

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内容提要


超级电容器是介于电解电容器和电池之间的一种新型储能器件,具有循环寿命长、可大电流充放电等特点,其应用市场广阔,是新能源领域的研究热点。本书共14章,~3章分别介绍电化学的基础知识、超级电容器概述以及电化学表征技术;第4~6章分别介绍了双电层电容器及其电极材料、双电层的电化学理论以及赝电容及其电极材料;第7、8章介绍了水系介质和有机介质中的混合电容器及非对称电容器;第9章介绍了离子液体型超级电容器;0~13章分别介绍了超级电容器的产业化制造、模型、测试以及可靠性分析;4章介绍了超级电容器的应用。各章节之间力求既相对独立,又相互联系,在内容上是一个整体。
  本书可供超级电容器研究人员和技术人员,以及高等院校新能源材料与器件、化学电源等相关专业教师和本科生及研究生学习参考。

目录


丛书编者序前言丛书主编简介原书编者简介贡献者列表章 电化学基本原理第2章 电化学电容器的概述第3章 电化学技术第4章 双电层电容器及其所用碳材料第5章 碳基电化学电容器的现代理论第6章 具有赝电容特性的电极材料第7章 有机介质中的锂离子混合型超级电容器第8章 水系介质中的非对称器件和混合器件第9章 基于无溶剂的离子液体的双电层电容器0章 产业化超级电容器的制造1章 超级电容器在电、热和老化限制条件下的模型尺寸和热管理2章 电化学电容器的测试3章 电化学电容器的可靠性4章 电化学电容器的市场及应用

作者介绍


文摘


序言



超级电容器:原理、设计与前沿进展 内容概要: 本书深入探讨了超级电容器的核心技术,从基础的电化学原理到实际的器件设计、材料选择、系统集成以及广泛的应用领域。全书旨在为读者提供一个全面而深入的理解,无论您是初学者还是有经验的研究人员,都能从中获益。我们将从超级电容器的诞生和发展历程入手,梳理其在能量存储领域的重要地位,并详细剖析其与传统电池和电容器的差异与优势。 第一部分:超级电容器的基础原理与电化学模型 电化学双层电容器(EDLCs)的起源与演进: 追溯EDLCs的理论基础,重点阐述电荷在电极-电解质界面上的累积机制,以及Helmholtz、Gouy-Chapman和Stern等经典电容模型的演变过程。我们将详细解释固有的电容极限,并引出赝电容的概念。 赝电容器(Pseudocapacitors)的电化学过程: 深入研究赝电容材料的快速可逆氧化还原反应,包括法拉第过程的动力学和热力学。我们将介绍多种实现赝电容的材料体系,如金属氧化物(RuO2, MnO2, NiO等)、导电聚合物(聚苯胺, 聚吡咯, 聚噻吩等)以及一些混合型材料。 混合型超级电容器(Hybrid Supercapacitors)的协同作用: 分析结合EDLC和赝电容特性的混合型超级电容器的工作原理,以及它们如何克服单一体系的局限,实现更高的能量密度和功率密度。我们将探讨不同混合策略,例如混合电极结构和混合电解质体系。 电解质在超级电容器中的作用: 详述电解质的种类(水系、有机系、离子液体)及其对超级电容器性能的影响,包括离子电导率、电化学窗口、安全性和工作温度范围。我们将讨论新型电解质的开发,以拓展超级电容器的工作条件。 电极材料的微观结构与表面性质: 阐述碳材料(活性炭、碳纳米管、石墨烯)在EDLC中的关键作用,包括其高比表面积、孔隙结构以及表面官能团对电荷存储的影响。同时,我们将深入分析金属氧化物和导电聚合物的微观形貌、晶体结构和导电性如何影响赝电容行为。 第二部分:超级电容器器件的设计、制备与性能表征 电极材料的设计与合成: 介绍各种先进的电极材料制备技术,包括溶胶-凝胶法、水热法、模板法、化学气相沉积(CVD)等,以及如何通过这些方法精确控制材料的形貌、孔隙结构和纳米尺寸。 电极制备与加工技术: 详细讲解如何将活性材料转化为可用于器件的电极片,包括浆料配制、涂覆、干燥、压实等关键工艺。我们将讨论不同粘结剂、导电剂和溶剂的选择对电极性能的影响。 隔膜的选择与功能: 阐述隔膜在超级电容器中的重要作用,如分隔正负极、允许离子传输,并探讨不同类型隔膜(聚烯烃、纤维素、陶瓷)的性能特点和适用性。 电解质与电解液的优化: 讨论如何根据电极材料和工作环境选择合适的电解质,并介绍电解液添加剂对提高离子电导率、电化学稳定性以及安全性的影响。 器件结构设计与优化: 深入分析不同器件结构(如软包、圆柱形、方形)的设计原则,以及电极厚度、面积、串并联方式等对器件整体性能的影响。 超级电容器的性能测试与表征方法: 详细介绍评价超级电容器性能的关键参数,包括能量密度、功率密度、循环寿命、内阻(ESR)等。我们将讲解循环伏安法(CV)、恒流充放电(GCD)、电化学阻抗谱(EIS)等常用表征技术的原理和数据解读。 第三部分:前沿进展与未来发展趋势 新型高性能电极材料的探索: 介绍当前研究热点,如二维材料(MXenes, 爵士等)、金属有机框架(MOFs)、共价有机框架(COFs)以及新型纳米复合材料在超级电容器中的应用潜力,以及它们如何实现超高比表面积和优异的导电性。 柔性与可穿戴超级电容器: 重点探讨如何设计和制备具有优异机械性能和电化学性能的柔性超级电容器,及其在可穿戴设备、物联网传感器等领域的应用前景。 固态超级电容器(Solid-state Supercapacitors): 分析固态电解质在提高超级电容器安全性和能量密度方面的优势,以及聚合物固态电解质、凝胶电解质等新型固态体系的研究进展。 微型超级电容器(Micro-supercapacitors)与集成化: 介绍微纳加工技术在制造微型超级电容器中的应用,以及如何将其集成到微电子器件和芯片中,实现能量存储与信息处理的协同。 高压与高能量密度超级电容器: 探讨如何通过拓展电化学窗口、优化电极材料和设计高电压电解质来提升超级电容器的能量密度,以满足更高能量存储需求的应用。 智能超级电容器与自充电技术: 展望未来,将介绍具有自诊断、自修复、能量采集与存储一体化功能的智能超级电容器,以及相关的前沿研究方向。 应用领域拓展: 本书还将详细梳理超级电容器在各个领域的创新应用,包括: 电动汽车与混合动力汽车: 作为能量回收单元和辅助动力源。 便携式电子设备: 提供快速充电和长寿命能量存储。 智能电网与可再生能源存储: 调峰填谷,平稳电力输出。 航空航天: 作为高效、轻量化的能源解决方案。 军事与国防: 用于脉冲功率设备和备用电源。 医疗设备: 为植入式医疗器械提供安全可靠的能源。 目标读者: 本书适合从事能源存储、材料科学、电化学、微电子学、机械工程以及相关交叉学科的科研人员、工程师、博士后、研究生,以及对超级电容器技术感兴趣的行业专业人士。 通过阅读本书,您将掌握超级电容器的最新研究进展、设计理念和工程实践,为推动该领域的技术创新和产业发展提供坚实的基础。

用户评价

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这本书就像一把钥匙,为我打开了通往超级电容器复杂世界的大门。我本身从事的是新能源汽车领域的研究,而超级电容器在其中扮演着至关重要的角色,因此我一直渴望能有一本全面、权威的著作来深化我的理解。这本书无疑达到了我的期望,甚至超出了我的想象。我尤其欣赏书中对于“应用”部分的详尽介绍。作者并没有仅仅停留在理论和材料层面,而是花了大量的篇幅来阐述超级电容器在各个领域的实际应用,从电动汽车的快速充放电、混合动力系统的能量回收,到风力发发电和太阳能发电的储能,再到便携式电子设备的电源解决方案,都进行了深入的剖析。书中通过大量的案例分析,展示了超级电容器如何克服传统电池的局限性,并提供了独特的解决方案。例如,在电动汽车领域,书中详细分析了超级电容器如何与锂离子电池配合使用,以提高电池寿命、提升加速性能,并实现高效的能量回收。他还讨论了超级电容器在电网储能、智能电网中的作用,以及其在物联网和可穿戴设备等新兴领域的潜力。这些应用层面的分析,让我看到了超级电容器的巨大潜力和广阔前景,也为我的研究指明了新的方向。

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这本书的出现,无疑为我打开了一扇通往超级电容器领域新世界的大门。我是一个对能源存储技术充满好奇的研究生,而这本书的深度和广度恰好满足了我对前沿知识的需求。它不仅仅是一本介绍性的书籍,更像是一位经验丰富的导师,循循善诱地引导我深入理解超级电容器的每一个环节。从基础的电化学原理,到复杂的材料合成与表征,再到器件的设计与制造,书中无不展现出作者对这个领域的深刻洞察和丰富经验。我特别欣赏书中对“系统”层面的讲解,这远超出了我对单纯材料研究的预期。作者清晰地阐述了超级电容器的构成要素,包括电极、电解质、隔膜以及集流体,并详细分析了它们之间的相互作用如何影响器件的整体性能。书中对不同电极材料与电解质之间的匹配性进行了深入探讨,并提出了多种优化策略,例如通过引入掺杂剂、构建纳米结构或复合材料来提升电极的电化学活性和稳定性。此外,对于器件的封装、结构设计以及能量密度和功率密度的权衡,作者也给出了详实的建议和研究方向。这让我意识到,开发高性能的超级电容器,不仅仅是材料的创新,更是系统性的工程。书中关于不同器件结构(如双电层电容器、赝电容电容器)的对比分析,以及它们在不同应用场景下的优势和局限性,都极具启发性。

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这本书对我来说,绝对是一份宝贵的知识宝库。我一直对新能源技术抱有浓厚的兴趣,尤其是那些能够改变我们生活方式的颠覆性技术。超级电容器无疑属于此类。在阅读这本书之前,我对超级电容器的认识还停留在“快速充放电”的模糊概念上。但这本书,以其严谨的学术态度和清晰的条理,将我带入了超级电容器的微观世界。我特别惊叹于书中对“材料”部分的深度挖掘。作者从最基础的原子、分子层面,层层递进地阐述了各种材料的结构、性能及其在超级电容器中的作用。例如,对于碳基材料,书中不仅介绍了活性炭、石墨烯、碳纳米管等常见材料,还深入分析了它们的比表面积、孔隙分布、导电性等关键参数如何影响器件的电容和倍率性能。书中还详细介绍了各种制备方法,如化学气相沉积(CVD)、液相剥离、水热法等,以及这些方法如何影响材料的微观形貌和性能。对于金属氧化物和导电聚合物等新型材料,书中也进行了详尽的介绍,包括它们的电化学储能机制、能量密度和循环稳定性等。这些内容让我对材料科学与电化学的交叉融合有了更深的认识。

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坦白说,在读这本书之前,我对超级电容器的认识还停留在比较浅显的层面。但这本书的出现,彻底颠覆了我过去的认知,让我对其有了全面而深刻的理解。作者以一种非常系统化的方式,从最基础的物理化学原理出发,层层递进,将复杂的技术概念变得易于理解。书中对材料科学的阐述尤其让我印象深刻。比如,对于石墨烯材料在超级电容器中的应用,书中不仅仅介绍了其优异的导电性和巨大的比表面积,还深入剖析了不同制备方法(如化学气相沉积、液相剥离)所得到的石墨烯在形貌、层数、缺陷等方面的差异,以及这些差异如何影响其在超级电容器中的实际性能。书中还详细介绍了如何通过表面修饰、与其他材料复合等方式来进一步提升石墨烯基超级电容器的能量密度和循环寿命。我对书中关于电解质的部分同样非常着迷。作者系统地梳理了不同种类的电解质,包括水系、有机系、离子液体和固态电解质,并详细分析了它们各自的优缺点,以及在不同应用场景下的适用性。他对固态电解质的研究方向的分析,让我看到了未来超级电容器的发展趋势。这本书的价值在于,它不仅仅罗列了各种技术知识,更重要的是,它提供了一个思考的框架,让读者能够从宏观到微观,从原理到应用,全方位地理解超级电容器。

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我必须说,这本书是我近年来读过的最令人兴奋的科技著作之一。它以一种令人难以置信的深度和广度,全面解析了超级电容器这一前沿技术。对我而言,这本书不仅仅是技术的堆砌,更是一次思想的启迪。我尤其被书中关于“应用”部分的详实论述所吸引。作者并没有止步于实验室的理论研究,而是将目光投向了广阔的现实世界,描绘了超级电容器在各个领域的无限可能。从新能源汽车的动力系统,到可再生能源的并网储能,再到消费电子产品的便携电源,书中都进行了细致入微的分析。作者通过大量的案例研究,展示了超级电容器如何通过其独特的优势,如高功率密度、长循环寿命和宽工作温度范围,解决传统储能技术面临的挑战。例如,在电动汽车领域,书中详细探讨了超级电容器如何与锂离子电池协同工作,以提升车辆的加速性能,延长电池寿命,并实现高效的制动能量回收。他还深入分析了超级电容器在智能电网中的作用,例如作为频率调节和电压支撑的储能单元,以及在削峰填谷、提高电网稳定性和可靠性方面的潜力。这些应用层面的深入探讨,让我深刻体会到超级电容器改变世界的巨大力量。

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这本书在我看来,是一部集理论之大成、实践之精髓的巨著。我是一名在校的博士生,研究方向与能源储存紧密相关,因此对超级电容器领域一直有着强烈的求知欲。这本书的出现,无疑为我提供了一个系统、深入的学习平台。书中对于“材料”的探讨,让我得以窥见电化学能量储存的微观世界。作者以扎实的物理化学知识为基础,详细介绍了各种新型电极材料的制备、表征及其电化学性能。我印象深刻的是书中对材料微观结构与宏观性能之间关系的深入分析。例如,对于多孔碳材料,书中详细讨论了比表面积、孔径分布、孔隙连通性等因素如何影响离子传输和电荷存储效率。对于金属氧化物纳米结构,书中则重点介绍了如何通过控制晶面取向、构建赝电容效应等方式来提升能量密度。此外,书中还对不同电解质(液体、凝胶、固态)的特性进行了详细阐述,包括它们的电导率、稳定性、工作电压窗口以及对器件性能的影响。他对固态电解质的发展趋势和挑战的分析,为我指明了重要的研究方向。这本书的价值在于,它不仅提供了丰富的知识,更重要的是,它培养了我独立思考和解决问题的能力。

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这本书对我而言,是一次知识的洗礼,也是一次思维的启迪。我是一名对能源储存技术充满热情的学生,而这本书以其前瞻性的视角和深入的分析,极大地拓宽了我的视野。书中关于“系统”的论述,让我对超级电容器的理解从点到面,从个体到整体。作者不仅仅关注材料本身,更注重材料、电解质、隔膜、集流体等各个组件之间的协同作用,以及它们如何共同构成一个高效的能量储存器件。书中对不同器件结构的设计原理和性能特点进行了详细的对比分析。例如,它详细介绍了对称型和不对称型超级电容器的结构特点、工作机理以及各自的优缺点。对于混合型超级电容器,书中则深入探讨了如何将双电层电容和赝电容有机结合,以实现能量密度和功率密度的双重提升。此外,书中还讨论了器件的封装技术、可靠性评估以及安全性能等重要议题。这些系统性的知识,让我意识到开发高性能的超级电容器,需要跨越材料科学、电化学、机械工程等多个学科的界限。这本书帮助我建立了一个完整的知识体系,为我未来的学习和研究奠定了坚实的基础。

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这本书在我看来,真是一次奇妙的探索之旅。刚拿到手的时候,就被它厚实的质感和精美的封面设计吸引了,让人迫不及待地想翻开一探究竟。当我真正开始阅读时,我立刻被作者的专业知识和严谨的逻辑所折服。书中对于超级电容器的材料学基础,从分子结构到宏观性能的阐述,简直是教科书级别的。每一个概念的引入都循序渐进,没有丝毫的跳跃,即使是初学者也能轻松理解。比如,书中详细介绍了各种常用电极材料的制备方法,包括碳基材料(如活性炭、石墨烯、碳纳米管)、金属氧化物(如RuO2、MnO2)以及导电聚合物等,并且深入分析了它们各自的电化学性能、比表面积、孔隙结构等关键参数,以及这些参数如何影响超级电容器的储能密度和功率密度。更让我印象深刻的是,作者并没有停留在理论层面,而是结合了大量的实验数据和研究成果,通过图表、公式和模型,生动地展示了不同材料体系的优劣势,以及如何通过材料设计和改性来优化超级电容器的性能。我尤其喜欢书中关于电解质部分的内容,无论是液体电解质、离子液体还是固态电解质,都进行了详尽的介绍,包括它们的电导率、稳定性、工作电压窗口以及对器件性能的影响。这些内容对于我理解超级电容器的整体工作原理起到了至关重要的作用,让我对这个领域有了更深刻的认识。

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这本书给我的感觉,就像一位经验丰富的工程师,带着我一步步拆解、组装一个精密的机械装置。我原本是一个对电化学领域知之甚少的门外汉,但这本书以其清晰的逻辑和生动的语言,让我逐渐领略到了超级电容器的魅力。书中对材料科学的讲解,堪称是一场视觉和智慧的盛宴。作者以精炼的文字,描绘了各种先进材料的微观结构和宏观性能,并详细阐述了它们是如何决定超级电容器的整体表现的。我印象最深刻的是关于纳米材料在超级电容器中的应用。书中详细介绍了如何通过控制纳米材料的尺寸、形貌和比表面积来优化其电化学性能。例如,对于金属氧化物纳米颗粒,书中讨论了如何通过掺杂、构建核壳结构或与其他导电材料复合,来提高其电容和倍率性能。对于碳纳米管和石墨烯等二维材料,书中则深入分析了它们的导电网络构建、孔隙结构调控以及与金属氧化物等活性材料的协同效应。书中还提供了许多关于材料表征方法的介绍,例如X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)以及循环伏安法(CV)、电化学阻抗谱(EIS)等,帮助读者理解如何评估材料的微观结构和电化学性能。

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