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《先進能源材料與器件》系統介紹了太陽能電池材料與器件、氫能材料與技術、燃料電池材料與器件、生物質能材料與技術、新型二次電池材料與器件、新型介電儲能材料與器件以及它們的研究進展、發展趨勢和應用前景。在此基礎上，著重闡述了TOPCon電池、氫燃料電池、生物質制氫、鈉離子電池等熱點優選能源技術，同時涵蓋了新型介電儲能等特色內容，體現了時代性和前沿性。每章內容後面附有習題和近期新參考文獻，便於對知識的深入理解和掌握。
本書是材料類、能源類、化學化工類等專業的本科生與研究生教材，也可供相關領域技術人員參考。
第1章 緒論 001
1.1 常規能源 001
1.2 新能源 002
1.3 優選能源技術 003
1.3.1 太陽能 003
1.3.2 氫能 004
1.3.3 燃料電池 006
1.3.4 生物質能 008
1.3.5 化學電源 009
1.3.6 介電儲能 012
習題 013
參考文獻 013
第2章 太陽能電池材料與器件 015
2.1 概述 015
2.1.1 太陽能 015
2.1.2 太陽能電池的發展與展望 016
2.2 太陽能電池中的光電轉換機制 轉換機制 017
2.3 太陽能電池的分類 018
2.4 p型晶矽太陽能電池 018
2.4.1 多晶矽太陽能電池 019
2.4.2 單晶矽太陽能電池 022
2.5 n型晶矽太陽能電池 024
2.5.1 HJT太陽能電池 025
2.5.2 TOPCon太陽能電池 027
2.6 背接觸太陽能電池 029
2.6.1 金屬纏繞穿透技術（MWT）太陽能電池 029
2.6.2 IBC太陽能電池 029
2.6.3 HBC太陽能電池 030
2.6.4 TBC太陽能電池 031
2.7 多元化合物太陽能電池 032
2.7.1 GaAs薄膜太陽能電池 033
2.7.2 CdTe薄膜太陽能電池 033
2.7.3 CIGS薄膜太陽能電池 035
2.8 鈣鈦礦太陽能電池 037
2.8.1 鈣鈦礦太陽能電池簡介 037
2.8.2 單結鈣鈦礦太陽能電池 039
2.8.3 疊層電池 039
習題 041
參考文獻 041
第3章 氫能材料與技術 045
3.1 概述 045
3.1.1 氫的性質 045
3.1.2 氫的發展簡史 047
3.1.3 氫的展望 049
3.2 氫的製備方法 050
3.2.1 化石燃料制氫 050
3.2.2 生物質制氫 054
3.2.3 太陽能制氫 056
3.2.4 電解水制氫 064
3.3 氫的純化 069
3.3.1 金屬氫化物法 070
3.3.2 吸附法 072
3.4 氫的存儲 073
3.4.1 金屬儲氫材料 074
3.4.2 無機化合物儲氫材料 075
3.4.3 有機液體儲氫材料 076
3.4.4 碳質儲氫材料 076
3.5 氫的應用 077
習題 077
參考文獻 078
第4章 燃料電池材料與器件 082
4.1 概述 082
4.1.1 燃料電池的概念 082
4.1.2 燃料電池的發展 084
4.1.3 燃料電池的組成 085
4.1.4 燃料電池的基本原理 087
4.1.5 燃料電池的性能參數 088
4.2 燃料電池的分類 090
4.2.1 鹼性燃料電池 090
4.2.2 磷酸燃料電池 091
4.2.3 熔融碳酸鹽燃料電池 091
4.2.4 固體氧化物燃料電池 092
4.2.5 質子交換膜燃料電池 093
4.3 質子交換膜燃料電池 094
4.3.1 工作原理 094
4.3.2 電催化劑 099
4.3.3 催化劑載體 104
4.3.4 質子交換膜 112
4.4 燃料電池的應用 115
4.4.1 固定電源 116
4.4.2 交通動力 116
4.4.3 可擕式電源 117
習題 117
參考文獻 118
第5章 生物質能材料與技術 123
5.1 概述 123
5.1.1 生物質 123
5.1.2 生物質能 124
5.1.3 生物質能利用技術 125
5.2 生物質發電 127
5.2.1 生物質直接燃燒發電 127
5.2.2 生物質氣化發電 127
5.2.3 沼氣發電 128
5.3 生物燃料乙醇 128
5.3.1 生物燃料乙醇的製備原理 129
5.3.2 生物燃料乙醇的製備工藝 130
5.3.3 糖類原料製備生物燃料乙醇 131
5.3.4 澱粉類原料製備生物燃料乙醇 131
5.3.5 纖維素類原料製備生物燃料乙醇 131
5.4 生物柴油 133
5.4.1 生物柴油的製備原理 134
5.4.2 生物柴油的製備工藝 135
5.5 生物質制氫 136
5.5.1 生物質制氫原理 136
5.5.2 生物質制氫工藝 137
習題 140
參考文獻 140
第6章 新型二次電池材料與器件 141
6.1 概述 141
6.2 鋰離子電池 141
6.2.1 鋰離子電池正電極材料 142
6.2.2 鋰離子電池負極材料 147
6.2.3 鋰離子電池電解質 150
6.2.4 鋰離子電池隔膜 154
6.3 水基鋰離子電池 157
6.3.1 第一代水基鋰離子電池 157
6.3.2 第二代水基鋰離子電池 159
6.3.3 第三代水基鋰離子電池 159
6.3.4 鹽包水可充電鋰電池 159
6.4 鋰硫電池 160
6.4.1 鋰硫電池原理 160
6.4.2 硫正電極 161
6.4.3 鋰硫電池電解液 161
6.5 鋰空氣電池 162
6.6 鈉離子電池 163
6.6.1 鈉離子電池正極材料 164
6.6.2 鈉離子電池負極材料 165
6.6.3 鈉離子電池電解質 165
習題 167
參考文獻 167
第7章 新型介電儲能材料與器件 171
7.1 概述 171
7.1.1 介電儲能概念 172
7.1.2 介電儲能的基本原理 176
7.1.3 介電儲能器件 177
7.2 介電儲能材料 178
7.2.1 非鐵電儲能材料 178
7.2.2 鐵電儲能材料 179
7.2.3 弛豫鐵電儲能材料 180
7.2.4 反鐵電儲能材料 180
7.2.5 鐵電儲能複合材料 181
7.3 介電儲能材料性能參數 184
7.3.1 介電性能 184
7.3.2 擊穿場強 184
習題 186
參考文獻 186
