在当今世界，能源问题已成为制约社会发展的关键因素之一。随着传统化石能源的日益枯竭和环境污染问题的日益严重，开发和利用新型、高效、清洁的能源转换与存储技术显得尤为重要。能源转换与存储材料作为这一领域的核心，其研究与应用直接关系到新能源技术的发展和未来能源结构的优化。本书旨在系统介绍当前能源转换与存储领域中各类关键材料的研究进展、性能特点及应用前景。全书共分为五个部分，首先在绪论中概述了能源转换与存储材料的重要性、研究背景和发展趋势。随后各章节分别深入探讨锂离子电池材料、其他二次电池材料、氢能和燃料电池材料以及太阳能利用材料。锂离子电池作为目前应用最为广泛的二次电池之一，其材料的研究与开发对于提高电池性能、降低成本、延长使用寿命具有重要意义。本书详细介绍锂离子电池正极、负极、电解质和隔膜材料的最新研究成果及其在不同领域的应用。除了锂离子电池，其他二次电池材料如锂硫电池、钠离子电池、水系锌电池等也在快速发展，它们具有潜在的资源优势和环境友好性。本书对这些电池材料的最新进展进行了综述，帮助读者全面把握该领域动态。氢能作为一种清洁、高效的能源载体，其存储和利用技术是实现氢能经济的关键。本书探讨氢能的制取材料，包括电解水制氢、光解水制氢催化剂等，以及燃料电池材料，如质子交换膜、催化剂等，为氢能技术的推广提供理论支持。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，其转换和利用材料的研究具有重要的现实意义。本书介绍太阳能光热转换材料、光化学转换材料及光电转换材料等，为太阳能技术的进一步发展提供参考。本书系统探讨了新型能源存储与转化技术核心材料，凝聚了跨学科团队的集体智慧。为确保学术严谨性，各参与成员基于专业背景进行分工协作，具体工作分配如下：全书核心理论架构由王贤保教授、钱静雯和陈易老师设计，钱静雯、高建彪、杨朝志、李锦涛、刘芸编写第1章和第4章；梅涛教授带领常书雅、黄子涵、韩奕锋、姚宏玲编写第2章；第3章由陈易副教授、谭小康、谭豪、李霄震负责编写；第5章由李金华教授、王建颖副教授、林俍佑副教授、翟姗、陶俊阳、桂隆基、缑炎卓、谢娴编写。本书由钱静雯统稿。本书旨在为能源科学与工程领域的高校师生以及科研人员、工程师和对新能源技术感兴趣的读者提供一本全面、系统、实用的参考资料。我们希望本书能够为推动能源转换与存储技术的发展做出贡献，并为实现可持续发展的能源未来提供科学依据和技术支持。因水平有限，可能存在不妥之处，敬请读者批评指正。

编著者2025年2月

《储能与能源转化材料》是一本系统探讨现代能源技术中关键材料的专业著作。随着全球能源需求的快速增长以及可再生能源技术的迅猛发展，能源储存与转化材料的研究与应用成为解决能源危机、实现绿色低碳发展的核心课题。本书从新能源政策与环境背景出发，深入分析了锂离子电池、其他二次电池、氢能与燃料电池、太阳能利用材料等领域的关键材料，涵盖了从基础原理到前沿应用的全面内容。本书适合材料科学、化学、能源工程、环境科学等专业的本科学生以及相关领域的科研人员阅读，同时也为从事能源技术开发的企业技术人员和政策制定者提供了宝贵的参考。

王贤保，湖北大学材料学院教授，博士生导师，二级教授。现任湖北大学科学技术发展研究院院长, ;功能材料绿色制备与应用重点实验室主任。先后入选;新世纪优秀人才支持计划、湖北省首批高端人才引 领培养计划、湖北省有突出贡献中青年专家、湖北省新世纪高层次人才工程、武汉市学术带头人计划等人才项目。在石墨烯等碳纳米材料的可控性制备、光电性能、光热性能以及在新能源、环境监测等领域的应用开展了系统研究工作，先后在Angew.Chem.Int.Ed., Adv. Mater., Prog.Mater.Sci., J.Mater.Chem.A，Chem.Mater.,等权威期刊上发表论文100余篇，被SCI引用5000余次，ESI高被引论文4篇。申请和获得授权的专利40余项。先后承担国家重点研发计划、国家自然科学基金、湖北省重点专项、武汉市前沿基础研发专项等各级科研项目20余项，获得湖北省自然科学奖二等奖2项。

第1章绪论11.1新能源与能源政策11.1.1新能源11.1.2新能源政策31.2能源材料与环境51.2.1能源材料51.2.2能源与环境61.3能源发展现状与未来趋势7思考题8参考文献8

第2章锂离子电池材料92.1锂离子电池概述92.1.1锂离子电池的工作原理92.1.2锂离子电池的结构及生产工艺112.1.3锂离子电池不安全行为及引发机制132.1.4锂离子电池应用市场现状及未来发展趋势152.2锂离子电池正极材料182.2.1橄榄石型磷酸铁锂192.2.2尖晶石型锰酸锂342.2.3层状结构LiMO2材料392.2.4三元正极材料432.2.5聚阴离子型材料472.3锂离子电池负极材料482.3.1石墨材料492.3.2无定形碳材料512.3.3碳材料性能的改进方法522.3.4金属氧化物材料562.3.5硅、锡基材料572.3.6钛酸锂材料592.4电解质材料602.4.1有机液体电解质612.4.2凝胶电解质622.4.3聚合物固态电解质642.5隔膜材料662.5.1聚丙烯材料682.5.2聚乙烯材料712.5.3隔膜改性技术72思考题76参考文献77

第3章其他二次电池材料793.1锂硫电池793.1.1概述793.1.2锂硫电池的工作原理和挑战803.1.3锂硫电池关键材料研究进展813.1.4未来展望863.2钠离子电池863.2.1概述863.2.2正极材料873.2.3负极材料903.3水系锌离子电池943.3.1概述943.3.2储能机制与电池结构953.3.3正极材料973.3.4负极材料1013.3.5隔膜1033.4钠硫电池1033.4.1高温钠硫电池1033.4.2室温钠硫电池105思考题113参考文献113

第4章氢能和燃料电池材料1164.1氢能及燃料电池概述1164.1.1氢能与氢能经济1164.1.2燃料电池的原理与特点1194.2制氢材料1224.2.1电解水制氢催化剂材料1224.2.2光电解水制氢催化剂材料1254.3燃料电池材料1304.3.1燃料电池发展概述1304.3.2电极催化剂材料1334.3.3膜材料1414.3.4多孔扩散层1454.3.5双极板材料146思考题147参考文献148

第5章太阳能和太阳能利用材料1525.1太阳能概述1525.1.1太阳能的发展现状与趋势1525.1.2太阳能的利用方式1545.2太阳能光热转化材料1555.2.1光热转化原理及材料特性1555.2.2金属基等离子光热转化材料1565.2.3碳基光热转化材料1575.2.4半导体光热转化材料1585.2.5聚合物光热转化材料1595.2.6光热海水淡化进展及器件结构1605.3太阳能光化学转化材料1645.3.1光化学转化原理及材料特性1645.3.2氧化物光催化剂1665.3.3硫化物光催化剂1695.3.4铋基光催化剂1725.3.5氮化碳光催化剂1735.3.6有机框架类光催化剂1745.4太阳能电池1765.4.1太阳能电池简介1765.4.2太阳能电池分类1785.4.3太阳能电池的原理、结构及性能指标1835.4.4太阳能电池的生产与制造1885.4.5太阳能电池的发展趋势与应用前景及挑战195思考题197参考文献198