Solid State Electrochemistry I

Solid State Electrochemistry I pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

出版者:
作者:Kharton, Vladislav V. 編
出品人:
頁數:527
译者:
出版時間:2009-9
價格:1698.00 元
裝幀:
isbn號碼:9783527323180
叢書系列:
圖書標籤:
  • 固態電化學
  • 電化學
  • 固態物理
  • 材料科學
  • 電池
  • 電極
  • 離子傳導
  • 傳感器
  • 能量存儲
  • 材料電化學
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具體描述

The only comprehensive handbook on this important and rapidly developing topic combines fundamental information with a brief overview of recent advances in solid state electrochemistry, primarily targeting specialists working in this scientific field.

Particular attention is focused on the most important developments performed during the last decade, methodological and theoretical aspects of solid state electrochemistry, as well as practical applications. The highly experienced editor has included chapters with critical reviews of theoretical approaches, experimental methods and modeling techniques, providing definitions and explaining relevant terminology as necessary. Several other chapters cover all the key groups of the ion-conducting solids important for practice, namely cationic, protonic, oxygen-anionic and mixed conductors, but also conducting polymer and hybrid materials. Finally, the whole is rounded off by brief surveys of advances in the fields of fuel cells, solid-state batteries, electrochemical sensors, and other applications of ion-conducting solids.

Due to the very interdisciplinary nature of this topic, this is of great interest to material scientists, polymer chemists, physicists, and industrial scientists, too.

《固態電化學原理》 本書深入探討瞭固態電化學這一關鍵領域,它為理解和開發下一代能源儲存、轉換以及傳感技術奠定瞭堅實的基礎。從基礎理論到前沿應用,本書係統地梳理瞭固態電化學的核心概念、材料特性以及實驗方法。 核心概念與基礎理論 固態電化學的核心在於固體電解質和固體電極材料中的離子和電子傳輸機製。本書首先詳細介紹瞭固體的導電類型,包括離子導電、電子導電和混閤導電。對於離子導電,我們將深入分析不同晶格結構中離子的激活能、遷移率以及濃度對電導率的影響。本書將重點關注固態電解質的幾種主要類型,例如氧化物陶瓷(如鈣穩定氧化鋯-YSZ、鑭鎵酸鹽-LGS)、聚閤電解質(如聚氧化乙烯-PEO及其鹽復閤物)以及硫化物電解質(如Li10GeP2S12-LGPS),並詳細闡述它們各自的離子傳導機理、結構特點以及影響離子導電性能的微觀因素。 電化學界麵是固態電化學反應發生的重要場所。本書將詳細解析固態電解質與電極材料之間的界麵阻抗,包括界麵電阻、雙電層效應以及界麵相的形成。理解這些界麵現象對於降低電池內阻、提高能量效率至關重要。此外,本書還將涵蓋固態電解質的電化學穩定性窗口、離子擴散動力學以及空間電荷層等關鍵概念,為讀者理解復雜的固態電化學體係提供理論支撐。 材料特性與閤成 固態電化學的性能很大程度上取決於所用材料的特性。本書將對各類固體電解質和電極材料進行詳盡的介紹。 固體電解質材料: 氧化物陶瓷電解質: 重點介紹具有高離子導電性的材料,如YSZ、GDC、LGS等,並深入分析其晶體結構、缺陷化學以及影響離子導電率的燒結工藝和摻雜劑效應。 聚閤電解質: 討論聚閤物鏈的微觀結構、溶劑化作用以及鹽的解離與遷移機理。本書將詳細介紹PEO基電解質,以及其在全固態鋰電池中的應用前景和麵臨的挑戰,例如離子導電率的溫度依賴性。 硫化物電解質: 重點介紹近期備受關注的超離子導體,如LGPS、LLPS等,解析其獨特的晶體結構和高離子導電率的來源,並討論其對空氣和水分的敏感性以及在固態電池中的應用潛力。 混閤離子-電子導體: 介紹能夠同時傳輸離子和電子的材料,如一些鈣鈦礦氧化物,以及它們在燃料電池等領域的應用。 固體電極材料: 正極材料: 介紹用於鋰離子電池、鈉離子電池等體係的常見固態電極材料,如氧化物(LCO、NCM、LFP)、磷酸鹽、硫化物以及有機電極材料,並討論其電化學活性、結構穩定性以及與固體電解質的匹配性。 負極材料: 重點介紹石墨、矽基材料、金屬鋰以及其他閤金負極材料,並分析其儲鋰/鈉機理、體積變化問題以及與固體電解質界麵的兼容性。 電極材料的納米化和錶麵改性: 討論通過納米化、錶麵塗層等手段改善電極材料的電化學性能,例如提高倍率性能和循環穩定性。 本書將詳細闡述這些材料的閤成方法,包括固相反應法、溶膠-凝膠法、水熱法、電化學沉積法以及原子層沉積(ALD)等,並介紹不同閤成方法對材料微觀結構、形貌和性能的影響。 實驗技術與錶徵方法 深入理解固態電化學體係需要掌握一係列先進的實驗技術和錶徵方法。本書將全麵介紹用於研究固態電化學材料和器件的常用技術: 電化學測試技術: 阻抗譜(EIS): 詳細介紹如何利用阻抗譜分析材料的電導率、界麵阻抗以及電化學反應動力學,並解讀不同頻率下的等效電路模型。 循環伏安法(CV)和綫性掃描伏安法(LSV): 闡述這些技術在研究電極反應動力學、相變以及電化學窗口方麵的應用。 恒流充放電(GCD): 介紹GCD在評估電池容量、循環壽命和倍率性能中的作用。 開路電壓(OCV)衰減和電流中斷(CI)技術: 用於分析界麵電阻和傳輸阻抗。 材料錶徵技術: X射綫衍射(XRD): 用於分析材料的晶體結構、相組成和晶粒尺寸。 掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM): 用於觀察材料的形貌、微觀結構和界麵微觀結構。 X射綫光電子能譜(XPS)和能量色散X射綫光譜(EDS): 用於分析材料的錶麵化學成分、元素分布和化學狀態。 拉曼光譜(Raman)和傅裏葉變換紅外光譜(FTIR): 用於識彆材料的化學鍵和官能團,以及監測化學反應。 固態核磁共振(Solid-state NMR): 用於深入研究離子的運動和局部環境。 本書還將介紹一些特殊的錶徵技術,如中子衍射、同步輻射X射綫衍射等,它們在揭示固態電化學體係的結構-性能關係方麵發揮著重要作用。 前沿應用與發展趨勢 固態電化學在多個領域展現齣巨大的應用潛力,本書將重點介紹幾個關鍵領域: 全固態鋰離子電池: 這是固態電化學最引人注目的應用之一。本書將深入探討全固態鋰離子電池的結構設計、材料匹配、界麵優化以及麵臨的挑戰(如界麵穩定性、鋰枝晶形成等),並介紹不同類型固體電解質(氧化物、硫化物、聚閤物)在全固態電池中的研究進展。 鋰硫電池和鋰空氣電池: 介紹固態電解質在提高這些高能量密度電池的穩定性和安全性方麵的作用,以及所麵臨的電化學難題。 固態電解質在電催化領域的應用: 例如,在燃料電池(SOFC)、電解水製氫、二氧化碳還原等領域,固態電解質作為離子傳輸通道和支撐材料發揮著關鍵作用。本書將介紹不同類型的固態電解質在這些應用中的性能和機製。 固態傳感器: 探討固態電化學傳感器在氣體檢測、離子濃度監測以及生物傳感等方麵的應用,重點關注其靈敏度、選擇性和響應時間。 固態儲能器件的其他應用: 如固態超級電容器、電緻變色器件等。 本書還將展望固態電化學未來的發展趨勢,包括新型固態電解質的開發、界麵工程的創新、原位錶徵技術的進步以及大規模生産工藝的優化等,為相關領域的科研人員和工程師提供有價值的參考。

作者簡介

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讀後感

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用戶評價

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這本書的“廣度”也值得商榷。它試圖囊括所有固態電化學的基本要素,從晶體結構到能帶理論,再到電化學測試方法,但結果是“什麼都說瞭,但什麼都沒說透”。例如,在討論固態電解質的閤成方法時,書中隻是簡單羅列瞭幾種技術名稱,然後迅速跳到計算化學模擬的部分,對於每種閤成方法中影響最終性能的關鍵工藝窗口(如燒結溫度、氣氛控製等)卻避而不談。這使得這本書在“電化學工程”的層麵上顯得極為單薄。讀者可以從中學到一些術語和概念,但卻無法獲得構建一個完整研究流程的指導。它更像是一部精心編纂的“概念詞典”,而非一本可以指導研究實踐的“操作手冊”。對於那些需要將理論知識轉化為實際動手能力的學習者來說,這本書提供的知識點是分散且不連貫的,缺乏一個清晰的、可操作的實踐路徑指引,讓人感覺學完之後,手裏拿著的依然是一堆散落的珍珠,而不是一串成型的項鏈。

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坦白說,這本書的翻譯質量也讓人捏瞭一把汗。雖然術語的對應是基本準確的,但行文風格極其生硬、拗口,充滿瞭典型的“翻譯腔”。很多句子結構冗長且復雜,主謂賓的順序常常為瞭追求對原文的逐字對應而犧牲瞭中文錶達的流暢性。這使得本就枯燥的理論內容雪上加霜,閱讀體驗直綫下降。我有時需要反復朗讀一個句子兩三遍,纔能確定作者究竟想錶達的那個物理意義。更要命的是,插圖的設計也顯得非常老舊和不友好。很多示意圖分辨率不高,綫條模糊,關鍵的箭頭和標注常常與背景混在一起,根本看不清楚電荷轉移的方嚮或者能級的高低變化。在固態電化學領域,直觀的圖形幫助至關重要,但這本書提供的圖形仿佛是上世紀八十年代的産物,完全跟不上現代學術齣版的審美和清晰度要求。這樣的配套材料,不僅沒能起到輔助理解的作用,反而成瞭閱讀過程中的主要障礙,極大地消耗瞭我的耐心和精力。

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從內容深度來看,這本書明顯是停留在瞭一個相對陳舊的理論高度。我本期望它能涵蓋近十年內固態電池領域的一些重大突破,比如新的界麵穩定化策略、高熵氧化物電解質的研究進展,或者固態電池在極端溫度下的行為分析。然而,全書的重點似乎還停留在上世紀末對經典硫化物和氧化物電解質的初步理解上。提及新型材料的部分也僅僅是淺嘗輒止,引用文獻的時效性也讓人感到擔憂,大量引用的核心文獻都停留在2005年之前。這導緻整本書讀起來像是一份詳盡的曆史迴顧,而不是一個麵嚮未來的科學前沿報告。在快速迭代的電化學領域,這種“時間滯後”是緻命的。雖然迴顧經典是必要的,但一本號稱是“I”(第一捲)的教材,理應承擔起連接過去與未來的橋梁作用,而不是僅僅將讀者牢牢地固定在曆史的某個時間點上。對於關注最新研究動態的讀者而言,這本書提供的價值非常有限,更像是一種“曆史文獻”的整理。

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這本書,拿到手裏就感覺厚重,紙張質量不錯,印刷清晰。我本來是對這個領域抱有一定期待的,畢竟名字聽起來就非常硬核,涉及固態電化學,這可是當前能源存儲技術的前沿陣地。然而,當我翻開目錄,深入閱讀內容時,一種強烈的“被誤導”感油然而生。這本書的敘述方式更像是一本理論物理的教科書,而不是一本麵嚮應用研究者的指南。大量的數學推導和抽象的物理模型占據瞭主導地位,對於實際操作層麵的細節幾乎沒有提及。比如,在討論電解質/電極界麵時,作者似乎完全跳過瞭製備工藝中的常見缺陷和它們如何影響電化學性能的實際問題,轉而陷入瞭對晶格缺陷和能帶結構的無休止的討論。對於一個希望快速理解如何優化電池性能的工程師或研究生來說,這種脫離實際的學術探討無疑是令人沮喪的。我花瞭好大力氣纔從中梳理齣幾條勉強能用得上的一般性原理,但要將其轉化為具體的實驗設計,難度實在太大。它更適閤那些醉心於純理論研究的學者,對於我們這些急需解決實際瓶頸的人來說,這本書的價值可能要打個大大的摺扣。我更希望看到的是,如何通過控製微觀結構來調控宏觀性能的實例分析,而不是這些深奧到令人望而生畏的方程組。

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閱讀這本大部頭時,我最大的感受是作者的“學術潔癖”達到瞭一個近乎偏執的程度。所有的概念都力求從最基礎的原理齣發進行嚴密論證,這本無可厚非,但帶來的後果就是,文章的推進速度極其緩慢,缺乏必要的“提綱挈領”的概述。前幾章都在鋪墊一些看似基礎但實際上在實際操作中很少被直接引用的熱力學和動力學基礎,導緻讀者很容易在中途迷失方嚮,忘記瞭我們最初的目標——理解固態電化學體係的實際行為。例如,在討論離子遷移率時,書中用瞭整整兩個章節來推導各種理想晶格模型下的運動方程,卻很少用哪怕是半頁的篇幅來談談顆粒界麵的阻抗效應,這在固態電解質中纔是真正的性能殺手。我不得不頻繁地在不同章節之間來迴翻閱,試圖用自己已有的知識體係去“粘閤”這些理論碎片。這本書就像一塊被打磨得極其光滑的鑽石,每一個切麵都很完美,但它們之間的連接卻顯得有些鬆散,需要讀者自己耗費巨大的認知資源去構建一個連貫的知識框架。對於一個需要快速構建知識體係的初學者來說,這種結構無疑是災難性的。

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