本书全面系统阐述了新能源材料与器件，包括能源物理化学、能源存储与转化原理、关键材料与器件、发展概况和应用前景。在风能、太阳能发电、二次电池、超级电容器、燃料电池和金属-空气电池等材料制备与器件技术的基础上，还针对目前电动汽车和规模储能应用，介绍了固态锂电池、质子交换膜纯水电解、氢能等前沿材料与器件。本书内容丰富，数据和理论新颖，结构严谨。书中有大量习题和思考题，并附有*文献，便于深入学习。本书是大学新能源材料与器件专业教材，兼顾大学材料、能源、冶金、化学、化工专业高年级及研究生教材；同时也是从事新能源、太阳能电池、锂电池、燃料电池、电动汽车、规模储能等领域研究与应用人员的必备基础参考书。
本书内容全面、系统，基础性强，包括能源概述、能源物理化学、太阳能电池材料与器件、氢能材料与器件、电化学能源材料与器件、其他新能源技术以及能源经济。
新能源技术是21世纪世界经济发展中最具决定性影响的五个技术领域之一，而新能源材料与器件是发展新能源技术和实现新能源利用的关键。近年来国际能源发生了重大调整，全球治理体系深刻变革，我国在十三五规划的主要目标中明确提出：生态环境质量总体改善，生产方式和生活方式绿色，低碳水平提高。实现这一目标就是要走绿色发展道路，发展新能源被提到了前所未有的国家战略高度。
国家的发展在于人才，人才培养在于教育，教育的根本是为国家培养发展所需的人才。为适应我国大力发展新能源产业，2010年教育部增列新能源材料与器件专业为战略新兴专业，并于2011年开始招收本科生，旨在为我国新能源、新能源汽车、节能环保等产业培养具有创新意识的应用型人才。本书应新能源材料与器件课程教学所需编写，是大学新能源材料与器件专业教材，兼顾大学材料、能源、冶金、化学、化工专业高年级及研究生教材；同时也是从事新能源、太阳能电池、锂电池、燃料电池、电动汽车、规模储能等领域研究与应用人员的必备基础参考书。
随着社会经济的快速发展，对能源的需求日益增加。传统的化石能源是不可再生的一次性能源，其储量有限，形成周期极其漫长，已日益枯竭。新能源产业为解决全球环境问题提供高效能源存储方案，现已成为21世纪发展最快的行业之一。新能源的开发利用涉及物理、化学、材料、电工电子等多学科知识，新能源材料与器件是一个多学科交叉专业，这要求理论学习必须与实际应用并重才能应对当前科学技术飞速发展的新形势。
本书的编写参考了近年来发表在国内外重要学术刊物上的一些新能源材料及器件相关文献。同时，考虑到学科发展的现状，还结合近年来的教学实践、科研项目及相关产业发展的需求对内容进行了梳理。本书在阐述基本理论的同时，还结合实例分析，启发思路，力图为后续课程和实际应用奠定基础。本书各章都精选一定量的思考题，以巩固相关知识，便于深入学习。全书共7章，包括能源概述、能源物理化学、太阳能电池材料与器件、氢能材料与器件、电化学能源材料与器件、其他新能源技术以及能源经济。由于水平有限，书中若有疏漏、不妥之处，敬请读者批评指正。
编者
2018年10月
1能源概述1
1.1能1
1.2能量形式1
1.3能源发展史2
1.4常规能源3
1.5新能源6
1.6思考题6
2能源物理化学8
2.1能量定律8
2.1.1能量守恒定律9
2.1.2能量转换定律10
2.1.3能量贬值原理11
2.2能量储存技术12
2.2.1机械能的储存12
2.2.2热能的储存13
2.2.3电能的储存13
2.2.4化学能的储存15
2.3能量的转换过程16
2.3.1概述16
2.3.2化学能转换为热能17
2.3.3热能转换为机械能17
2.3.4机械能转换为电能18
2.3.5光能转换为电能18
2.3.6化学能转换为电能19
2.3.7电能转换为化学能19
2.4原电池与电解池20
2.4.1原电池20
2.4.2电解池21
2.4.3界面双电层22
2.5电极过程动力学导论24
2.5.1电极过程动力学的发展24
2.5.2电池反应与电极过程24
2.6思考题26
3太阳能电池材料与器件28
3.1光电转换理论28
3.2太阳能电池的分类29
3.3硅太阳能电池31
3.3.1晶体硅太阳能电池31
3.3.2太阳能电池片封装成太阳能电池组件36
3.3.3光伏系统38
3.3.4多晶硅太阳能电池41
3.3.5非晶硅太阳能电池45
3.4化合物半导体太阳能电池49
3.4.1CdTe系薄膜太阳能电池50
3.4.2CuInSe2薄膜太阳能电池50
3.4.3GaAs太阳能电池51
3.4.4InP系列太阳能电池51
3.5有机薄膜太阳能电池51
3.6染料敏化太阳能电池52
3.6.1染料敏化太阳能电池的结构52
3.6.2染料敏化太阳能电池的工作原理58
3.7钙钛矿太阳能电池60
3.7.1钙钛矿太阳能电池发展史60
3.7.2钙钛矿太阳能电池组成部分61
3.7.3钙钛矿膜的制备方法64
3.7.4钙钛矿太阳能电池原理和结构类型67
3.8太阳能光热发电70
3.8.1太阳能光热发电技术70
3.8.2斯特林太阳能光热发电系统72
3.8.3太阳能热电站的发展趋势及相关科学问题73
3.9思考题74
4氢能材料与器件75
4.1概述75
4.2电化学催化77
4.2.1催化原理78
4.2.2电催化剂材料及其制备78
4.2.3膜电极技术81
4.3氢的制取83
4.3.1化石燃料制氢84
4.3.2生物及生物质制氢89
4.3.3太阳能光解水制氢91
4.3.4热化学分解水制氢92
4.3.5金属及化合物分解制氢93
4.3.6氢气提纯94
4.4电解水制氢96
4.4.1碱性电解水制氢96
4.4.2质子交换膜电解水制氢96
4.4.3固体氧化物电解水100
4.5氢的储存与提取101
4.5.1物理储氢102
4.5.2金属氢化物储氢102
4.5.3配位氢化物储氢103
4.5.4有机物储氢103
4.5.5金属氢化物电池104
4.6燃料电池105
4.6.1概述105
4.6.2电催化剂110
4.6.3膜电极116
4.6.4双极板122
4.6.5质子交换膜燃料电池126
4.6.6固体氧化物燃料电池136
4.7氢冶金139
4.8思考题140
5电化学能源材料与器件142
5.1概述142
5.2锂离子二次电池144
5.2.1电化学原理145
5.2.2摇椅式工作原理146
5.2.3锂离子电池的结构146
5.2.4锂离子电池材料147
5.3固态锂电池162
5.3.1固态电解质163
5.3.2正极材料166
5.3.3负极材料166
5.4电化学超级电容器167
5.4.1超级电容器的特点168
5.4.2超级电容器的原理169
5.4.3超级电容器电极材料170
5.4.4超级电容器的应用174
5.5金属-空气电池175
5.5.1锌-空气电池176
5.5.2铝-空气电池178
5.5.3锂-空气电池179
5.6其他储能电池184
5.6.1全钒液流电池184
5.6.2钠硫电池185
5.7思考题186
6其他新能源技术187
6.1生物质能转化技术187
6.1.1直接燃烧法188
6.1.2生物化学转化188
6.1.3热化学转化188
6.1.4固体成型技术190
6.1.5生物柴油制取190
6.2风能技术191
6.2.1风能的特点191
6.2.2我国的风能资源193
6.2.3风能资源的利用195
6.3核能技术196
6.3.1核裂变能发电197
6.3.2核聚变能发电198
6.4海洋能技术199
6.4.1潮汐能199
6.4.2海水动能201
6.4.3海水温差能203
6.4.4海水盐差能204
6.5地热能技术205
6.5.1发电利用205
6.5.2直接利用208
6.6页岩油气技术208
6.7思考题210
7能源经济212
7.1导论212
7.2能源需求213
7.3能源供给215
7.4能源市场217
7.5能源效率220
7.6能源保障221
7.7思考题223
参考文献224
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