序

当前，用于能源存储和转换的清洁能源技术是人类社会可持续发展的重要举措，将成为克服化石燃料消耗所带来的全球变暖/环境污染的关键举措。在清洁能源技术中，高效可持续的电化学技术被认为是可行、可靠、环保的选择。二次（或可充放电）电池、燃料电池、超级电容器、水和二氧化碳的电解等电化学能源技术现已得到迅速发展，并应用于许多重要领域，诸如交通运输动力电源、固定式和便携式能源存储和转换等。随着各种新应用领域对这些电化学能量装置能量密度和功率密度的需求不断增加，进一步的研发以克服其在应用和商业化中的高成本和低耐用性等挑战显得十分必要。在此背景下，“先进电化学能源存储与转化技术丛书”（以下简称“丛书”）中所涵盖的清洁能源存储和转换的电化学能源科学技术及其所有应用领域将对这些技术的进一步研发起到促进作用。

“丛书”全面介绍了电化学能量转换和存储的基本原理和技术及其最新发展，还包括了从全面的科学理解到组件工程的深入讨论；涉及了各个方面，诸如电化学理论、电化学工艺、材料、组件、组装、制造、失效机理、技术挑战和改善策略等。“丛书”由业内科学家和工程师撰写，他们具有出色的学术水平和强大的专业知识，在科技领域处于领先地位，是该领域的佼佼者。

“丛书”对各种电化学能量转换和存储技术都有深入的解读，使其具有独特性，可望成为相关领域的科学家、工程师以及高等学校相关专业研究生及本科生必不可少的阅读材料。为了帮助读者理解本学科的科学技术，还在“丛书”中插入了一些重要的、具有代表性的图形、表格、照片、参考文件及数据。希望通过阅读该“丛书”，读者可以轻松找到有关电化学技术的基础知识和应用的最新信息。

“丛书”中每个分册都是相对独立的, 希望这种结构可以帮助读者快速找到感兴趣的主题，而不必阅读整套“丛书”。由此，不可避免地存在一些交叉重叠，反映了这个动态领域中研究与开发的相互联系。

我们谨代表“丛书”的所有主编和作者，感谢所有家庭成员的理解、大力支持和鼓励; 还要感谢顾问委员会成员的大力帮助和支持; 更要感谢化学工业出版社相关工作人员在组织和出版该“丛书”中所做的巨大努力。

如果本书中存在任何不当之处，我们将非常感谢读者提出的建设性意见，以期予以纠正和进一步改进。

张久俊

［中国工程院院士(外籍);

上海大学/福州大学教授;

加拿大皇家科学院/工程院/工程研究院院士;

国际电化学学会/英国皇家化学会会士］

李箐

(华中科技大学材料科学与工程学院教授)

前言：

目前，全球能源结构正在经历前所未有的深刻变革，由传统的化石能源向清洁高效能源转变。为了应对这一趋势，电化学储能技术的发展至关重要，是构建能源互联网和促进新能源产业发展的核心。在众多储能器件中，电池具有突出的优点（如易于模块化、电压和电流稳定、寿命长、充放电操作简便易行、体积尺寸规格多样、携带方便等），在人们日常生活、工业、农业、交通运输、通信、规模储能等各个领域都得到了广泛的应用。其中，作为连接电极之间的重要媒介，电解质是电池工作的离子通路，是电化学反应稳定进行的关键，对电池的工作机制和输出性能（例如，功率密度、能量密度、循环寿命）等具有显著影响。尽管离子传导理论研究已经取得重要进展，国内外关于电解质方面的文章与专著也层出不穷，然而，该领域仍然需要一本详细介绍储能器件中电解质离子传导理论以及电解质定义、分类和组成的专著，并详细介绍电解质在储能电池中应用时的具体问题与挑战，以满足读者需求。

本书基于物理化学基础，系统介绍了：①储能器件用电解质的理论发展；②电解质的定义、分类、组成以及离子传导机制；③电解质在二次离子电池、金属硫电池与金属空气电池中的具体应用。为了便于各个行业与领域的读者理解，本书结合物理、数学及化学分析，列举了大量近年来在国际期刊发表的研究成果，并展望了未来的研究及发展方向。本书第一章和第五章由钟澄、胡文彬编写，第二章由钟澄、范夏月编写，第三章由钟澄、刘晓瑞编写，第四章由钟澄、宋志双编写。本书有利于促进读者对高性能储能器件电解质材料领域的了解，使科研工作者对该领域的创新拓展、前沿研究，以及未来发展方向有更深入的认识，有助于推进该领域的知识普及与科研进步。

钟澄

目录：

第1 章

储能器件用电解质的基本原理1

参考文献9

第2 章

二次离子电池电解质11

2.1　液态电解质13

2.2　半固态/固态电解质30

参考文献38

第3 章

金属硫电池电解质45

3.1　液态电解质48

3.1.1　有机电解质49

3.1.2　离子液体电解质57

3.1.3　水系电解质60

3.2　半固态/固态电解质62

3.2.1　聚合物电解质63

3.2.2　无机固态电解质68

参考文献72

第4 章

金属空气电池电解质77

4.1　水系电解质80

4.1.1　碱性电解质80

4.1.2　中性电解质84

4.1.3　酸性电解质85

4.2　非水系液态电解质86

4.2.1　有机电解质87

4.2.2　离子液体91

4.3　半固态/固态电解质96

参考文献103

第5 章

挑战和展望110

参考文献114

索引115