儲能材料與器件在現(xiàn)代能源技術中扮演著至關重要的角色,它們不僅在電動汽車、智能電網(wǎng)、可再生能源存儲等領域有著廣泛的應用,還在推動能源轉型和可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著關鍵作用,是實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標的關鍵技術。在此背景下,于2019年新增儲能科學與工程本科專業(yè),截至2024年,全國共有84所高校開設儲能科學與工程專業(yè)。作為新興專業(yè),目前已經(jīng)出版的新型儲能材料與器件的實驗教材數(shù)量較少,為適應新形勢下儲能專業(yè)人才培養(yǎng)的需求,我們編寫了《新型儲能材料與器件實驗》教材。
本書依據(jù)當前實驗教學改革發(fā)展需求,結合高等院校的實驗改革經(jīng)驗和成果,參考國內其他院校先進的實驗理念編寫而成。全書分成四章:第一章儲能材料基本性能測試實驗,包括6個實驗項目,通過這些實驗項目加深學生對儲能基礎知識的理解,培養(yǎng)與訓練學生正確記錄、處理實驗數(shù)據(jù)和作圖的能力;第二章能源存儲材料與器件實驗,包括11個實驗項目,主要目的是使學生熟悉與掌握常規(guī)儲能材料的制備及器件的組裝、測試;第三章能源轉化材料與器件實驗,包括9個實驗項目,主要目的是使學生熟悉與掌握能源轉化材料與裝置測試過程的基本原理及測試方法;第四章新型儲能材料創(chuàng)新性實驗,包括8個實驗項目,主要目的是引入最新的儲能體系,拓寬學生視野,培養(yǎng)學生運用知識的能力,提高學生的創(chuàng)新能力。本書結合儲能專業(yè)實驗教學內容,構建了基礎實驗-儲能及能源轉化專業(yè)實驗-研究性實驗多層次實驗教學體系,旨在使學生系統(tǒng)地了解儲能及能源轉化各方面基礎知識及實際應用案例,同時突出專業(yè)特色,切實保證人才培養(yǎng)質量。在內容安排上,本書注意實驗板塊的融合、交叉,注重實驗基本操作和基本技能的訓練,內容較全面地反映了國內外新型儲能材料與器件學術研究的最新成果和應用需求。
本書聯(lián)合行業(yè)企業(yè)專家與教學經(jīng)驗豐富的教師合作編寫,參加本書編寫工作的有王彥卿、費正皓、黃兵、徐國棟、呂榮冠、劉昱、劉玉鑫、王金迪、鮑長遠、常營娜、左玉香、吳化雨、宋克凡、焦昌梅、王守軍、劉次圣、何業(yè)峰、吉躍華、滕彥梅、閆新華、馬一軍、彭永武等。
本書得到了江蘇省卓越工程師教育培養(yǎng)計劃20、江蘇省本科高校產(chǎn)教融合型品牌專業(yè)以及鹽城師范學院校級重點教材立項支持。由于本書系初次出版,加之編者水平有限,書中難免存在疏漏和不足之處,敬請同行專家和使用本教材的師生批評指正。
編者
2025年1月于鹽城師范學院
第一章儲能材料基本性能測試實驗001
實驗一循環(huán)伏安法測試LiFePO4材料電化學行為1
實驗二電化學交流阻抗測試5
實驗三電極電化學活性面積的測定9
實驗四極化曲線的測定13
實驗五儲熱材料熱導率測試19
實驗六固態(tài)儲氫22
第二章能源存儲材料與器件實驗024
實驗七扣式電池的組裝及性能測試24
實驗八LiCoO2正極材料的制備及儲能性能測試28
實驗九LiFePO4/C復合正極材料的制備及儲能性能測試33
實驗十層狀三元正極材料的制備及儲能性能測試36
實驗十一鈉離子電池生物質基負極材料的制備及儲能性能測試39
實驗十二鈉離子電池硬碳負極材料的制備及儲能性能測試44
實驗十三鉛酸電池的組裝及儲能性能測試49
實驗十四超級電容器的組裝及儲能性能測試52
實驗十五飛輪儲能裝置的性能測試57
實驗十六顯熱儲能材料的性能測試60
實驗十七相變材料的制備及保溫性能測試66
第三章能源轉化材料與器件實驗060
實驗十八金屬電極表面電催化析氫性能測試69
實驗十九金屬電極表面電催化氧還原性能測試75
實驗二十金屬電極表面電催化醇氧化性能測試78
實驗二十一堿性電解槽電解水制氫實驗81
實驗二十二質子交換膜電解水制氫實驗86
實驗二十三光催化產(chǎn)氫性能測試90
實驗二十四質子交換膜燃料電池的組裝及性能測試96
實驗二十五光(風)電氣一體化實驗99
實驗二十六電催化CO2還原性能測試104
第四章新型儲能材料創(chuàng)新性實驗108
實驗二十七硅基負極材料的制備及儲能性能測試108
實驗二十八硒基負極材料的制備及儲能性能測試111
實驗二十九固態(tài)鋰離子電池電解質Li1.3 Al0.3 Ti1.7(PO4)3的制備及性能測試114
實驗三十鋰空氣電池正極材料的制備及性能測試116
實驗三十一鈉離子電池金屬負極材料的制備及儲能性能測試122
實驗三十二水系鋅離子電池負極材料的制備及儲能性能測試126
實驗三十三碳硫正極材料的制備及儲能性能測試130
實驗三十四釩液流電池的組裝及儲能性能測試135