储能电化学工程：基础和应用

本书共13章,主要介绍电化学工程的基本概念、原理与方法,从电化学热力学、电化学动力学出发,结合工程科学的传递现象和过程分析与设计内容,构建电化学工程的理论框架体系。电化学体系中的质量传递、电流分布和多孔电极模拟分析是电化学工程的特色内容。本书紧密结合储能和氢能科学与工程的实践,将电化学工程理论应用于电池、燃料电池、液流电池、超级电容器、电解制氢、电动车辆等多种电化学储能领域,适当介绍前沿领域。书中各章均设计了例题和习题,以便读者在后续课程和实际工作中将基本概念、原理和方法应用于工程实际。

序
前言
第1章 电化学工程概述
1.1 电化学池
1.2 电化学反应特征
1.3 电化学工程主要应用领域
1.4 法拉第定律和法拉第过程
1.5 法拉第效率
1.6 电流密度
1.7 电势和欧姆定律
1.8 电化学体系工业实例
习题
第2章 电化学热力学
2.1 电化学反应
2.2 电化学池的电势
2.3 电化学池电势的表达式
2.4 标准电极电势
2.5 温度对标准平衡电势的影响
2.6 简化的活度校正
2.7 由电池标准平衡电势求反应平衡常数
2.8 φ-pH图
2.9 液体接界电势
2.10 参比电极及应用
2.11 电极界面的平衡
2.12 电解质溶液中的电势:DEBYE-HüCKEL理论
2.13 活度和活度系数的估算
习题
第3章 电化学动力学
3.1 双电层
3.2 电极/电解质溶液界面模型
3.3 电势对反应速率的影响
3.4 Butler-Volmer动力学方程的应用
3.5 Butler-Volmer方程的简化形式
3.6 Butler-Volmer方程的直接拟合
3.7 传质对反应速率的影响
3.8 电极反应动力学在整个电化学池中的应用
3.9 电流效率
习题
第4章 电化学体系的传递过程
4.1 Fick定律和Nernst-Planck方程
4.2 物料守恒
4.3 迁移数、淌度和迁移
4.4 对流传质
4.5 浓差超电势
4.6 电流分布
4.7 膜传递
习题
第5章 多孔电极结构及应用
5.1 多孔电极的数学描述
5.2 多孔电极的表征和对传递的影响
5.3 多孔电极中的电流分布
5.4 多孔电极中的气液界面
5.5 三相电极
5.6 流动电极
习题
第6章 电化学体系分析方法
6.1 三电极体系与电流和电势的测定
6.2 阶跃电势与控制电流法
6.3 循环伏安法
6.4 旋转圆盘电极与微电极
习题
第7章 电池基础
7.1 电池的组成
7.2 电池的分类和电池化学
7.3 理论容量和荷电状态
7.4 电池特性和电化学性能
7.5 电池的能量和功率
7.6 热生成
7.7 二次电池的效率
7.8 荷电保持和自放电
7.9 二次电池的容量衰减
习题
第8章 电池应用:电池单体和电堆设计
8.1 电池设计概述
8.2 电池电堆设计及布局
8.3 电池的容量设计
8.4 电池的倍率设计
8.5 电池的机械与装配设计
8.6 电池充放电特性
8.7 电池电阻的特性
8.8 电池管理
8.9 电池热管理系统
习题
第9章 燃料电池原理
9.1 燃料电池概述
9.2 燃料电池优缺点
9.3 燃料电池类型
9.4 燃料电池的性能
9.5 PEMFC
习题
第10章 燃料电池系统
10.1 燃料电池系统概述
10.2 燃料电堆
10.3 热管理子系统
10.4 燃料输送/处理子系统
10.5 电力电子子系统
习题
第11章 电化学双电层电容器
11.1 电容器介绍
11.2 双电层电容
11.3 电容器的电流-电压关系
11.4 多孔电极
11.5 EDLC的阻抗分析
11.6 超级电容器整体分析
11.7 功率和能量密度
11.8 电化学电容器设计、实际操作和性能
11.9 赝电容
习题
第12章 混合动力和纯电动力汽车
12.1 电动和混合动力系统
12.2 车辆行驶时间及功率需求特征
12.3 纯电动力系统
12.4 混合动力系统
12.5 启停系统
12.6 混合动力车辆电池系统
12.7 燃料电池混合动力系统
习题
第13章 工业电解、电化学反应器和液流电池
13.1 工业电解概况
13.2 工业电解反应器性能指标和电压损失
13.3 工业电化学反应器的设计
13.4 工业电解过程范例
13.5 电解池热管理
13.6 可持续未来电解过程
13.7 液流电池
习题
附录A 符号说明
附录B 常用数据表
参考文献