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前言 万群1

1 人类社会对能源的需求与面临的挑战1

1.1 能源需求的持续增长1

1.2 能源结构的变化3

1.3 矿物能源面临枯竭的前景3

1.4 矿物燃料燃烧造成的环境污染4

2 新能源与新能源材料6

2.1 材料的作用6

2.2 新能源材料的任务及面临的课题7

3 一些新能源材料的主要进展8

3.1 金属氢化物镍电池材料9

3.2 锂离子二次电池材料10

3.3 燃料电池材料11

3.4 太阳电池材料13

3.5 核能材料14

参考文献15

第1篇 新型二次电池材料17

第1章 新型二次电池概述 汪继强17

1.1 新型二次电池及其在国民经济中的地位、作用及发展前景17

1.1.1 二次电池简介17

1.1.2 新型二次电池在国民经济中的地位、作用及发展前景19

1.2 Ni/MH二次电池23

1.2.1 Ni/MH二次电池的产生及其特点23

1.2.2 Ni/MH电池的结构和工作原理24

1.2.3 Ni/MH二次电池及正负极材料的发展现状28

1.3 锂离子二次电池32

1.3.1 锂离子电池原理和特性33

1.3.2 锂离子电池的发展现状及前景展望35

参考文献43

第2章 金属氢化物镍电池材料 雷永泉 张允什44

2.1 高密度球形Ni(OH)2正极材料44

2.1.1 球形Ni(OH)2的基本性质与制备方法44

2.1.2 影响高密度球形Ni(OH)2电化学性能的因素47

2.1.3 Ni(OH)2正极材料的研究动向51

2.2 储氢合金负极材料概述52

2.3 AB5型混合稀土系储氢电极合金55

2.3.1 合金的化学成分与电极性能55

2.3.2 合金的表面改性处理与电极性能67

2.3.3 合金的组织结构与电极性能71

2.4 AB2型Laves相储氢电极合金79

2.4.1 AB2型Laves相储氢电极合金的基本特征80

2.4.2 AB2型Laves相储氢电极合金的研究开发82

2.4.3 AB2型Laves相储氢电极合金的发展方向92

2.5 其它新型高容量储氢电极合金93

2.5.1 Mg-Ni系非晶合金93

2.5.2 V基固溶体型合金96

2.6 Ni/MH电池材料的再生利用102

2.6.1 Ni/MH电池产业的发展及其对金属资源的需求状况103

2.6.2 Ni/MH电池材料的再生利用技术104

参考文献108

第3章 锂离子电池材料 陈立泉114

3.1 锂离子电池负极材料114

3.1.1 金属锂负极材料114

3.1.2 合金类负极材料115

3.1.3 碳负极材料116

3.1.4 氧化物负极材料122

3.1.5 其它负极材料124

3.1.6 对锂离子电池负极材料的要求124

3.2 锂离子电池正极材料124

3.2.1 一般二次锂电池正极材料124

3.2.2 LiCoO2正极材料127

3.2.3 LiNiO2正极材料130

3.2.4 尖晶石LiMn2O4正极材料131

3.2.5 锂离子电池正极材料的发展137

3.3 电解质材料143

3.3.1 非水有机溶剂电解质144

3.3.2 聚合物电解质149

3.3.3 无机固体电解质154

3.3.4 电解质的新发展155

参考文献158

第2篇 燃料电池材料161

第4章 燃料电池现状与未来 衣宝廉 邵志刚161

4.1 概述161

4.2 几种燃料电池的研究现状161

4.2.1 碱性氢氧燃料电池161

4.2.2 磷酸型燃料电池164

4.2.3 质子交换膜型燃料电池165

4.2.4 熔融碳酸盐型燃料电池167

4.2.5 固体氧化物燃料电池168

4.3 前景与挑战169

参考文献171

第5章 质子交换膜型燃料电池材料 衣宝廉 邵志刚174

5.1 质子交换膜型燃料电池简介174

5.2 质子交换膜型燃料电池材料175

5.2.1 电催化剂175

5.2.2 多孔气体扩散电极及制备工艺178

5.2.3 质子交换膜181

5.2.4 双极板材料与流场184

5.3 电池组技术186

5.3.1 电池组的密封技术186

5.3.2 电池组内增湿技术187

5.3.3 电池组排热技术188

5.3.4 电池组与性能189

参考文献191

第6章 熔融碳酸盐燃料电池材料 衣宝廉192

6.1 熔融碳酸盐燃料电池简介192

6.2 熔融碳酸盐燃料电池材料193

6.2.1 电池隔膜193

6.2.2 MCFC的电极196

6.2.3 双极板197

6.3 电池结构与性能198

6.3.1 电池结构198

6.3.2 电池性能199

6.4 MCFC需解决的关键技术201

参考文献204

第7章 固体氧化物燃料电池材料 江义205

7.1 固体氧化物燃料电池简介205

7.2 固体氧化物燃料电池材料206

7.2.1 固体氧化物电解质与氧化物电解质膜206

7.2.2 电极材料与其他电池材料209

7.3 电池结构与性能213

7.3.1 管式SOFC213

7.3.2 平板式SOFC214

7.3.3 瓦楞式SOFC215

7.3.4 其他SOFC结构216

7.3.5 电池组性能216

参考文献218

第3篇 太阳电池材料222

第8章 太阳电池材料概述 万群222

8.1 太阳电池与材料222

8.2 太阳电池的工作原理226

8.2.1 太阳能226

8.2.2 半导体材料的主要性质228

8.2.3 半导体与光伏效应233

8.2.4 转换效率及其影响因素237

8.3 太阳电池大规模应用的有关问题239

8.3.1 影响太阳电池发展的几个根本问题239

8.3.2 太阳电池主要发展方向241

8.4 太阳电池发展与现状245

8.5 进入21世纪太阳电池的发展规划248

8.5.1 发达国家的规划248

8.5.2 发展中国家的规划250

8.5.3 我国的发展规划与政策措施250

参考文献252

第9章 晶体硅太阳电池材料 林安中254

9.1 晶体硅太阳电池的发展情况254

9.2 晶体硅太阳电池结构254

9.3 晶体硅太阳电池材料与技术257

9.3.1 单晶硅太阳电池及材料257

9.3.2 多晶硅太阳电池及材料261

9.3.3 其他多晶硅类太阳电池及材料265

9.3.4 晶体硅太阳电池用硅材料267

9.3.5 空间用硅太阳电池268

9.4 晶体硅太阳电池的发展268

参考文献269

第10章 非晶硅太阳电池材料 耿新华272

10.1 概述272

10.1.1 非晶硅半导体材料272

10.1.2 非晶硅太阳电池的特征275

10.1.3 非晶硅太阳电池的制备277

10.2 非晶硅太阳电池的发展进程279

10.2.1 提高非晶硅太阳电池转换效率的技术措施280

10.2.2 提高非晶硅太阳电池稳定性的研究285

10.3 对非晶硅太阳电池的进一步研究与开发289

10.3.1 改善非晶硅材料稳定性的新途径289

10.3.2 新型硅基薄膜叠层电池的研究292

10.3.3 降低非晶硅电池制造成本的新技术295

10.4 非晶硅太阳电池的应用现状与发展前景297

10.4.1 非晶硅太阳电池的应用现状297

10.4.2 非晶硅太阳电池的应用前景299

参考文献300

第11章 Ⅱ-Ⅵ族多晶薄膜太阳电池材料 季秉厚304

11.1 引言304

11.2 材料性质305

11.2.1 CdTe薄膜材料性质305

11.2.2 CdS薄膜材料性质306

11.2.3 CuInSe2薄膜材料性质307

11.3 太阳电池的结构及工作原理310

11.3.1 CdTe/CdS太阳电池310

11.3.2 CuInSe2太阳电池311

11.4 薄膜材料及太阳电池的制备工艺312

11.4.1 CdTe、CdS薄膜材料及CdS/CdTe太阳电池的制备方法312

11.4.2 CdS/CdTe太阳电池制备中的主要影响因素312

11.4.3 CuInSe2薄膜生长工艺314

11.4.4 CdS/CuInSe2太阳电池制备中的主要影响因素316

11.5 薄膜太阳电池的发展现状和前景318

参考文献320

第12章 Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池材料 向贤碧323

12.1 空间环境对太阳电池的要求323

12.2 砷化镓基系太阳电池的特性325

12.3 单结GaAs基系太阳电池330

12.3.1 LPE GaAs太阳电池332

12.3.2 MOVPE GaAs/Ge太阳电池334

12.3.3 超薄GaAs太阳电池338

12.4 多结叠层GaAs基系太阳电池339

12.4.1 Al0.37Ga0.63As/GaAs双结叠层电池340

12.4.2 Ga0.5In0.5P/GaAs多结叠层电池341

12.4.3 GaAs/GaSb叠层电池347

12.5 InP基系太阳电池347

12.5.1 InP/Si异质外延单结太阳电池349

12.5.2 InP/InGaAs叠层电池351

12.6 Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池的新概念352

12.6.1 多量子阱太阳电池352

12.6.2 光子再循环效应356

12.6.3 新窗口层材料ZnSe357

12.6.4 Ga0.5In0.5P/GaCs叠层聚光电池的地面应用358

参考文献359

第13章 太阳电池组件、系统及其成本分析 林安中364

13.1 太阳电池组件364

13.2 光伏发电系统365

13.3 成本分析366

参考文献369

第4篇 核能材料370

第14章 核能材料概述 石永康 郁金南370

14.1 裂变反应堆材料370

14.1.1 裂变原理和裂变反应堆370

14.1.2 裂变堆材料分类和特征374

14.2 聚变堆材料377

14.2.1 聚变原理和托卡马克装置377

14.2.2 聚变堆主要材料及其特征380

14.3 核能材料的辐照效应381

14.3.1 辐照缺陷的产生过程381

14.3.2 核能材料中的辐照损伤现象384

参考文献390

第15章 改进型水冷动力堆材料 张忠岳 黄玉才391

15.1 先进堆芯和安全运行对燃料组件提出的问题391

15.1.1 芯块与包壳相互作用391

15.1.2 包壳水侧腐蚀392

15.1.3 大破口失水事故下芯块和包壳的行为393

15.2 压水堆堆芯新材料393

15.2.1 新型锆合金包壳材料394

15.2.2 锆-2.5铌合金397

15.2.3 氧化钆(Gd2O3)和铪400

15.3 压力容器材料的辐照脆化401

15.3.1 压力容器材料的辐照脆化现象401

15.3.2 压力容器钢材的改进404

15.3.3 反应堆压力容器辐照脆化的监督405

15.4 热交换器的替代材料406

15.4.1 蒸汽发生器的腐蚀和疲劳损伤407

15.4.2 蒸汽发生器传热管替代材料409

15.4.3 凝水器管子材料410

参考文献412

第16章 先进的核燃料的氚增殖材料 邱学良 李文埮413

16.1 概述413

16.1.1 包覆颗粒燃料的现状和未来414

16.1.2 快中子堆燃料的动向415

16.1.3 氚增殖材料简介415

16.2 高温气冷堆包覆燃料颗粒417

16.2.1 包覆燃料颗粒的制备工艺417

16.2.2 包覆燃料颗粒的使用性能420

16.3 一体化快堆金属燃料--U-Pu-Zr合金424

16.3.1 U-Pu-Zr合金燃料的制造424

16.3.2 U-Pu-Zr合金燃料堆内行为425

16.4 先进陶瓷燃料429

16.4.1 碳化物燃料429

16.4.2 氮化物燃料433

16.5 高性能氚增殖材料435

16.5.1 陶瓷氚增殖材料435

16.5.2 液态金属氚增殖材料438

参考文献439

第17章 新一代结构材料 林少非 卢浩琳440

17.1 概述440

17.1.1 聚变堆第一壁材料应具备的基本性能440

17.1.2 对热离子燃料元件材料的要求441

17.1.3 高温气冷堆用石墨的主要特征442

17.2 聚变堆第一壁结构材料443

17.2.1 铁素体和马氏体不锈钢443

17.2.2 钒合金444

17.2.3 碳化硅纤维增强碳化硅复合材料447

17.3 热离子燃料元件材料448

17.3.1 钼及其合金化钼单晶449

17.3.2 钨及其合金化钨单晶449

17.3.3 其他发射电子材料450

17.3.4 陶瓷绝缘材料451

17.4 核纯的高辐照稳定性石墨452

17.4.1 高温气冷堆用多晶石墨的制造和组织结构452

17.4.2 近各向同性石墨和基体石墨454

17.4.3 石墨的辐照效应456

参考文献459