本书主要介绍纳米科技在新能源领域中的应用和发展。首先介绍了纳米科技、新能源材料与技术的兴起和快速发展，以及近年来纳米科技在新能源领域中的应用（第1章）。接着，深入探讨了纳米科技在二次电池（第2、3、4章）、超级电容器（第5章）、太阳能电池（第6章）、摩擦纳米发电机（第7章）及其他新能源技术（第8章）等新能源存储和转换技术中的应用。书中还特别强调了材料理论计算和模拟方法对新能源材料的重要理论指导作用（第9章）。本书不仅包含了丰富的理论知识，还提供了大量的实验案例和实际应用，使学生能够更好地理解纳米材料在新能源领域的实际应用。
样章试读
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前言
第1章 绪论 1
1.1 纳米科技的兴起与发展 1
1.1.1 纳米科学与技术 1
1.1.2 纳米材料的多样性 2
1.2 新能源材料与技术 4
1.2.1 新能源材料的发展 4
1.2.2 新能源转换与存储材料 4
1.3 纳米科技在新能源领域中的应用 7
1.3.1 纳米科技在新能源转换中的应用 7
1.3.2 纳米科技在新能源存储中的应用 9
思考题 10
参考文献 10
第2章 锂离子电池与纳米科技 12
2.1 锂电池的发展历程和工作原理 12
2.1.1 锂电池的发展历程 12
2.1.2 锂离子电池的工作原理 13
2.1.3 锂离子电池的组成 14
2.2 锂离子电池的材料选择 14
2.2.1 锂离子电池对正极材料的要求 14
2.2.2 锂离子电池对负极材料的要求 21
2.3 纳米尺度下的锂离子电池电极材料设计 26
2.3.1 锂离子电池正极纳米材料设计 28
2.3.2 锂离子电池负极纳米材料设计 30
2.4 应用工程实例 32
思考题 33
参考文献 34
第3章 超锂离子电池与纳米科技 35
3.1 超锂离子电池概述 35
3.2 锂硫电池和锂空气电池的电化学原理 36
3.2.1 锂硫电池中的充放电反应及主要挑战 36
3.2.2 锂空气电池中的充放电反应 40
3.3 基于纳米科技的超锂离子电极材料设计 42
3.3.1 新型硫正极材料 42
3.3.2 锂空气电池正极材料和催化剂研究进展 46
3.4 应用工程实例 49
思考题 51
参考文献 51
第4章 纳米材料与非锂离子二次电池 53
4.1 非锂离子二次电池概述 53
4.1.1 非锂离子二次电池的概念与特点 53
4.1.2 常见的非锂离子二次电池种类 53
4.1.3 非锂离子二次电池的现状和背景 55
4.1.4 非锂离子二次电池的问题和挑战 55
4.2 非锂离子二次电池的工作原理 56
4.3 纳米尺度(结构)下的非锂离子二次电池电极材料 59
4.3.1 非锂离子二次电池正极材料的纳米结构设计 59
4.3.2 非锂离子二次电池负极材料的纳米结构设计 64
4.3.3 非锂离子二次电池的电解液设计 68
4.4 应用工程实例 70
思考题 71
参考文献 71
第5章 纳米结构与超级电容器 73
5.1 超级电容器的电化学原理 73
5.1.1 超级电容器的基本介绍 73
5.1.2 超级电容器的分类 74
5.1.3 超级电容器的组成与机制 75
5.1.4 超级电容器使用注意事项 78
5.2 电极材料 79
5.2.1 碳材料 79
5.2.2 金属氧化物电极材料 81
5.2.3 导电聚合物 83
5.3 电解液 85
5.3.1 水系电解液 85
5.3.2 有机电解液 86
5.3.3 固态电解质 88
5.4 纳米尺度超级电容器 88
5.4.1 纳米尺度超级电容器的发展前景 88
5.4.2 纳米材料在超级电容器中的研究 88
5.5 应用工程实例 89
5.5.1 电子行业 89
5.5.2 交通运输 90
5.5.3 太阳能、风能发电 90
5.5.4 军事、航空航天 90
5.5.5 日常生活 91
思考题 92
参考文献 92
第6章 太阳能电池领域中的纳米科技 93
6.1 太阳能电池概述 93
6.1.1 太阳能电池原理 93
6.1.2 太阳能电池的技术参数 94
6.1.3 太阳能电池的发展与现状 96
6.2 硅基太阳能电池 97
6.2.1 单晶硅太阳能电池 97
6.2.2 多晶硅太阳能电池 97
6.2.3 非晶硅太阳能电池 98
6.3 染料敏化太阳能电池及其纳米结构设计 98
6.3.1 染料敏化太阳能电池介绍 98
6.3.2 染料敏化太阳能电池的电极及电解质 101
6.3.3 染料敏化太阳能电池的产业化进展 104
6.4 钙钛矿太阳能电池及其纳米结构设计 105
6.4.1 钙钛矿太阳能电池介绍 105
6.4.2 钙钛矿材料的结构调控 107
6.4.3 钙钛矿太阳能电池的界面材料及电极 109
6.4.4 钙钛矿太阳能电池的发展过程及产业化进展 111
6.4.5 钙钛矿太阳能电池的技术瓶颈 111
6.5 应用工程实例 112
思考题 113
参考文献 113
第7章 摩擦纳米发电材料及器件 115
7.1 纳米能源和大能源 116
7.2 摩擦起电 117
7.2.1 摩擦起电效应 117
7.2.2 摩擦起电的定量化 117
7.2.3 摩擦起电的材料 118
7.3 摩擦纳米发电机 119
7.3.1 摩擦纳米发电机的工作模式 119
7.3.2 纳米发电机的理论源头：麦克斯韦位移电流 121
7.3.3 压电纳米发电机的理论 122
7.4 纳米发电机的应用方向及应用实例 123
7.4.1 纳米发电机的三大应用方向 123
7.4.2 麦克斯韦位移电流的未来新兴产业：能源与传感 124
7.5 应用工程实例 125
思考题 127
参考文献 127
第8章 纳米材料在其他储能技术中的应用 130
8.1 燃料电池与纳米技术 130
8.1.1 燃料电池概述 130
8.1.2 质子交换膜燃料电池 132
8.1.3 固体氧化物燃料电池 133
8.2 纳米储氢材料 135
8.2.1 氢能与纳米储氢材料 135
8.2.2 纳米储氢技术的研究进展 140
8.2.3 纳米储氢材料的应用实例 142
8.3 纳米相变材料 143
8.3.1 相变储能的基本原理 143
8.3.2 相变材料的分类 143
8.3.3 相变材料的强化传热 146
8.3.4 相变材料的工程应用 147
8.3.5 相变材料面临的挑战 149
思考题 149
参考文献 150
第9章 纳米新能源材料中的理论计算模拟 152
9.1 材料理论计算与模拟方法 152
9.2 基于密度泛函理论的计算机模拟原理及方法 153
9.2.1 基于第一性原理的研究方法 153
9.2.2 密度泛函理论的发展和基本原理 155
9.2.3 Material Studio中量子力学模拟程序 157
9.2.4 VASP计算软件包简介 157
9.2.5 电子结构及性能的研究方法 158
9.3 介观尺度理论模拟方法 159
9.3.1 多尺度计算机模拟 159
9.3.2 耗散粒子动力学简介 160
9.3.3 耗散粒子动力学原理 161
思考题 163
参考文献 163
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