课程大纲

课程大纲

先进电池材料

课程编码:070301M05004H 英文名称:Advanced Battery Materials 课时:40 学分:2.00 课程属性:专业普及课 主讲教师:郭玉国等

教学目的要求
通过课程学习,理解电池内部电荷存储与输运的物理化学和固态离子学基础原理,熟悉不同电池体系内电化学储能反应的特点,以及满足电池储能应用需要的纳米材料设计原则和表界面稳定策略,了解本学科与能源、材料、化工、物理、光电等领域学科交叉的特点,掌握先进电池及材料领域内的研究前沿。

预修课程

大纲内容
第一章 电化学储能系统导论
第1节 课程介绍 1学时
第2节 世界能源经济和结构变化 0.3学时
第3节 能量转化与能量存储 0.3学时
第4节 能量守恒定律 0.4学时
第5节 能量存储技术简介 1学时
第二章 电池内部的电荷存储、输运及其相关效应 6学时
第1节 卡诺热机(Carnot Engine)
第2节 能量是如何在电池中存储和释放的?
第3节 电化学反应基本规则:电荷守恒
第4节 电化学反应基本规则:法拉第定律
第5节 能斯特方程(Nernst Equation)
第6节 电极及其分类
第7节 电极电位
第8节 电解质(Electrolyte)
第9节 一次电池中的能量存储
第10节 二次电池中的能量存储
第三章 锂离子电池用关键材料及设计原则 9学时
第1节 能量的产生、存储和利用
第2节 储能电池技术的发展
第3节 锂离子电池技术的发明史
第4节 电化学储能的应用
第5节 应用导向的锂离子电池分类
第6节 锂电池关键部件占比
第7节 锂电池制造(实验室&工业)
第8节 锂离子电池正极材料
第9节 锂离子电池负极材料
第10节 电解质
第11节 文献阅读报告(一)
第四章 锂金属电池用关键材料及设计原则 6学时
第1节 锂金属电池技术简介
第2节 金属锂负极面临的挑战
第3节 金属锂负极稳定化策略
第4节 锂-硫(硒)电池:电化学、挑战及性能提升策略
第5节 锂-氧电池:电化学、挑战及性能提升策略
第6节 文献阅读报告(二)
第五章 固态电池用关键材料及设计原则 6学时
第1节 从液态到固态,提升电池能量密度和安全性
第2节 锂金属电池固态化的挑战
第3节 锂金属负极与固态金属锂电池
第4节 聚合物固体电解质体系的挑战与策略
第5节 无机固体电解质体系的挑战与策略
第6节 有机/无机复合固体电解质体系
第7节 固体电解质界面问题
第8节 固态电池中正、负极侧的界面问题
第9节 纳米复合结构金属锂负极整体设计
第10节 文献阅读报告(三)
第六章 钠电池用关键材料及设计原则
第1节 新型能源结构与需求 0.5学时
第2节 钠离子电池技术及优势 0.5学时
第3节 钠离子电池的储能需求与应用场景 0.5学时
第4节 钠离子电池的关键部件与关键材料 0.5学时
第5节 钠离子全电池构型及研究现状 0.5学时
第6节 钠离子电池产品应用与产业化布局 0.5学时
第7节 文献阅读报告(四) 3学时
第七章 其他电池关键部件 2学时
第1节 集流体(Current Collector)
第2节 粘结剂(Binder)
第3节 隔膜材料(Separator)
第4节 导电添加剂(Conductive Additives)
第八章 二次电池研究的新方向 2学时
第1节 双碳目标(碳达峰、碳中和)
第2节 适应双碳目标的新能源汽车行业发展要求
第3节 新能源汽车行业快速发展与动力电池退役
第4节 锂离子电池回收技术

教材信息
1、 《Nanostructures and Nanomaterials for Batteries: Principles and Applications》,《锂离子电池原理与关键技术》,《电极过程动力学导论》(第3版),《锂离子电池电解质》 Yu-Guo Guo,黄可龙、王兆祥、刘素琴,查全性,郑洪河 2019年,2008年2月,2002年6月,2007年1月 Springer,化学工业出版社,科学出版社,化学工业出版社

参考书
1、 Linden’s Handbook of Batteries(The Fourth Edition) Thomas B. Reddy 2010年11月 McGraw-Hill Education

课程教师信息
郭玉国,中科院化学所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室研究员、博士生导师、课题组长,中国科学院大学岗位教授,“国家杰出青年基金”获得者,一直从事能源电化学与纳米材料的交叉研究。研究工作主要集中在锂离子电池、固态电池、锂硫电池、钠离子电池等电化学储能器件和能源材料领域。