电化学储能材料与器件
课程编码：081704M05003H
英文名称：Electrochemical energy storage materials and devices
课时：40
学分：2.00
课程属性：专业普及课
主讲教师：王钰等
教学目的要求
本课程是化学工程、化学、材料、能源和环境等专业的基础课。本课程是一门涉及电化学、热力学、机械、电子电气、有机化学、催化工程、应用化学、材料化学、能源与环境的综合交叉课程。其既可以作为专业基础课程，学习电化学储能使学生了解世界和中国储能的发展现状，掌握电化学储能的基本原理及形式，了解锂离子电池、液流电池、铅酸电池、电容器、超级电容器等应用场景，熟悉电化学储能的基本原理，深化理解一次电池、二次电池和电容器的原理与制备工艺及手段，加深对电化学储能应用的认识。重点把握常用储能材料和器件的特点和适用范围。在此基础上掌握电化学常用材料分析与测试方法等手段。通过本课程的学习，特别要了解电化学储能的理论及技术创新、各领域之间的交叉融合产生的应用需求；能针对需求选取合适的储能材料和器件设计思路。
预修课程
材料科学概论、有机化学、无机化学，物理化学
大纲内容
第一章 电化学储能导论 4学时
第1节 能源
第2节 储能领域发展现状与趋势
第3节 储能材料概况
第4节 储能关键技术及挑战
第5节 研究生期间一点建议
第二章 电化学基础 6学时
第1节 电化学储能必要性
第2节 电化学储能研究对象
第3节 电化学与热力学的联系
第4节 组成可逆电池的必要条件
第5节 几个重要的电化学基础原理
第三章 电化学储能材料合成与器件制备 10学时
第1节 认识锂离子电池
第2节 锂离子电池正极材料
第3节 锂离子电池负极材料
第4节 材料基础理论
第5节 材料表征技术
第6节 三元材料前沿
第7节 负极材料
第8节 多孔结构
第9节 快充石墨负极
第10节 硅/碳负极
第11节 立方尖晶石结构Li4Ti5O12制备方法
第12节 Li4Ti5O12-1维纳米材料
第13节 碳复合材料
第14节 小批量应用的负极材料
第15节 电极材料
第16节 锂离子电池导电剂
第17节 锂离子电池粘结剂
第18节 锂离子电池集流体
第19节 锂离子电池隔膜
第20节 非水液体电解质材料
第21节 电池界面
第四章 电化学储能器件的具体应用 4学时
第1节 扣式电池的组装
第2节 实验室简易软包电池组装
第3节 锂电池研究中的循环伏安实验测量和分析方法
第4节 实验测试方法
第5节 电化学阻抗谱的应用及其解析方法
第6节 献给被电化学阻抗谱（EIS）困扰的你
第7节 化学储能电池理论能量密度的估算
第五章 电化学储能材料常用分析及表征手段 10学时
第1节 热分析技术
第2节 热重曲线的合理性解析原则
第3节 表征方法
第4节 电子显微镜及其附属设备的结构、基本原理、用途及使用方法
第5节 Ｘ射线光电子能谱数据处理及分峰步骤
第6节 赝电容超级电容器电极的循环伏安曲线形状：从“奉为圭臬”到“颠覆传统”
第六章 展望 电化学储能器件的发展机遇及挑战 4学时
第1节 电化学储能器件的发展
第2节 电化学储能器件的机遇
第七章 期末考试 2学时
第1节 期末考试
参考书
1、
Electrochemical Supercapacitors Scientific Fundamentals and Technological Applications
B.E Conway
1999年4月
Springer
课程教师信息
王钰，研究员、博士生导师，科技部高端外国专家（战略科技发展类）。2008年于中国科学院化学研究所（有机固体实验室）获得博士学位。之后受聘于新加坡国立大学任Research Fellow。2013年初加入中科院过程工程研究所，多相复杂系统国家重点实验室。近年来主要从事低维纳米碳材料和功能陶瓷材料规模化制备及其产业化应用研究，基于微结构组装、界面调控和创新工艺设备等策略，取得了以设计功能材料构效路径、探究能源器件性能优化与调控机理、建立其可持续性“绿色”工程应用的新方法等系列研究进展，形成了从基础到应用开发的研究特色。研究成果在Nature Photonics，Nature Communications，JACS，Advanced Materials等期刊上发表SCI论文60余篇（其中ESI高被引论文10篇），SCI他引7600余次。多次受到国际同行（包括诺贝尔物理学奖得主）和国内外科技媒体的正面评价，参与撰写专著3部。同时，授权国内外专利40余项。被邀请为若干国际材料和化学类期刊的审稿人。近年来获得中国石油和化学工业联合会技术发明三等奖（排名第一，2018年）、中国产学研合作创新奖（2017年）、中国石油和化学工业联合会“青年科学技术突出贡献奖”（2016年）、中国化工学会“侯德榜化工科技青年奖”（2015年）、中国科学院“卢嘉锡青年奖”（2014年）等奖励和荣誉。负责承担若干项国家、地方、中科院和世界500强企业等重要课题研究。
王宝，研究员、博士生导师。2000-2007年于辽宁科技大学攻读学士和硕士学位，2007-2011年于中国科学院化学研究所攻读博士学位；2011-2015年先后在新加坡南洋理工大学、美国俄勒冈州立大学、韩国首尔大学从事博士后工作，2016年加入中国科学院过程工程研究所工作。王宝老师多年来从事电化学储能材料和器件的设计制备与应用研究。现已在J. Am. Chem. Soc.、 Angew. Chem. Int. Edit.、Adv. Mater.等国际核心学术期刊发表SCI论文40余篇，8篇入选“基本科学指标数据库（ESI）”高被引论文，SCI他引3000余次。参与申请美国发明专利2项，授权1项；申请中国发明专利3项。主持自然基金面上项目、中科院百人计划项目、企业横向等多个项目，参与自然基金委重点国际(地区)合作研究项目、国家重点研发计划-变革性技术关键科学问题重点专项、地区合作基金等多个项目。2018年入选中国颗粒学会青年理事会理事。