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储能材料与技术

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课程介绍

储能系统是实现“双碳”目标的重要环节。《储能材料与技术》是材料和化学专业选修课,通过学习课程掌握储能基础理论知识,了解储能的发展现状和未来趋势,掌握储能的基本原理、形式和适用范围,包括电化学储能、机械储能、电磁储能、蓄热和化学储能等,其中深入理解二次电池的原理和应用。


课程大纲

课程包括14讲理论课程,2次实验展示包括锂离子电池制备和测试、燃料电池小汽车,以及1次学生课题的课堂展示。理论课具体如下:

 

第1讲

绪论:能源种类,能源储存的重要性,能源储存的途径


第2讲

章:电化学储能

电化学电池历史,电化学基础知识,原电池原理,标准电极电势,能斯特方程,电解池原理

 

第3讲

章:电化学储能

电池可逆性,电压和相的关系,电池性能参数,习题

 

第4讲

章:电化学储能

电极反应,物质传递,电荷转移,欧姆极化,电池测试

 

第5讲

章:电化学储能

锂离子电池发展历史,锂离子电池结构和机理,锂离子电池制备,锂离子电池封装

 

第6讲

章:电化学储能

电压和能量图,锂离子电池负极材料,金属锂负极,石墨负极,合金负极,转换型负极

 

第7讲

章:电化学储能

正极材料介绍,橄榄石结构正极,层状氧化物正极,尖晶石正极

 

第8讲

章:电化学储能

锂离子电池电解液,溶剂和锂盐,添加剂,电池隔膜

 

第9讲

章:电化学储能

钠硫电池,锂硫电池,锂空电池,固态锂电池

 

第10讲

章:电化学储能

一次电池,铅酸电池,镍镉电池,镍氢电池,液流电池,柔性电池

 

第11讲

第二章:电磁储能

平板电容器,双电层电容器,赝电容,混合式超级电容器,超导磁储能

 

第12讲

第三章:化学储能

化学储能,氢气制备,储氢材料,燃料电池

  

第13讲

第四章:机械储能

抽水储能,飞轮储能,压缩空气储能

 

第14讲

第五章:蓄热

显热,潜热,化学热,总结

学习目标

使学生能掌握储能材料与技术发展历史,相关的基本知识,储能技术的分类,相应技术的材料种类,包括电化学储能机械储能、电磁储能、热能存储和化学储能,重点掌握锂离子电池的原理、面临的问题和解决的策略。通过学习储能材料与技术能理解该领域具备科学精神和工程师的基本素养,具备科技报国的家国情怀和使命担当;通过完成项目和答辩进行团队协作,具备合作精神和人际沟通能力。

教材教参

1. Energy Storage, Fundamentals, Materials and Applications, Robert Huggins, Springer
2. 储能材料与技术,樊栓狮、梁德青、杨向阳,化学工业出版社