随着全球工业化的迅猛发展，化石能源的过度消耗已引发严峻的环境挑战，尤其是全球气候变化问题日益凸显。为实现碳达峰、碳中和的;双碳目标，节能减排和减少对化石能源的依赖已成为全球共识。在此背景下，储能技术和可再生能源技术受到了广泛关注，成为能源领域研究和发展的重点。能源的供给与需求通常在时间和空间上存在不匹配，尤其是可再生能源由于其间歇性和波动性，更加剧了这一矛盾。为了解决这一问题，储能技术应运而生，在时间和空间上实现能源的转移和平衡，确保能源的高效利用。在储能技术的发展中，储能材料起着核心作用，不仅直接参与能量的存储和释放过程，还在能源转换、传输和储存中发挥着关键的辅助作用。近年来，储能科学技术研究和教育在国内外蓬勃开展、方兴未艾，储能产业和新技术推广不断取得重大突破。与之相关的储能新材料在不同的储能技术中扮演着关键角色，决定了储能系统的性能、效率和可靠性，也如雨后春笋，不断成熟和壮大，向高性能、低成本、长寿命方向迈进。为介绍国内外最新进展，丰富和完善材料科学与技术教材体系，作者团队结合课题组近二十年来的研究成果，特编撰此教材。同时也应战略性新兴领域高等教育教材体系;先进功能材料与技术系列教材牵头人张立群院士的要求，弥补国内储能材料专著与教材缺乏之不足。本书将系统地介绍储能材料的基本原理、性能要求以及在实际应用中的发展现状和前景。在阐述储能技术原理的过程中，将同步介绍对应的储能材料，深入探讨它们在能量转换、存储和释放过程中的作用和影响。通过对储能材料在不同储能方式中的应用和特性的全面分析，帮助读者深入理解储能材料在能源领域的重要性，掌握各类储能材料的特性、选择原则和应用方法。这将为从事能源、材料科学以及相关领域的研究人员和工程师提供有价值的参考，也为培养新一代能源领域的专业人才奠定坚实的基础。第1章概述了储能技术的发展，讨论储能技术的重要性，以及它们在全球能源结构转型中的关键作用。此外，本章还将介绍储能材料的分类和未来面临的挑战。第2章介绍了目前常见储能技术的储能原理，包括能量的存储和释放机制。分析不同类型的储能技术，如机械能储能技术、化学能储能技术、电能储能技术、热能储能技术、氢能储能技术以及水合物储能技术的工作原理和关键参数。第3章详细介绍储能材料的性能要求，包括能量密度、功率密度、循环稳定性和安全性等。同时，还介绍了如何通过实验方法来评价这些性能指标，为材料的选择和优化提供科学依据。第4章聚焦于电化学储能材料，特别是电池中使用的材料。概述了不同类型电池的正极材料、负极材料、电解质和隔膜材料的化学和物理特性、优缺点以及它们在便携式电子设备、电动汽车和电网储能等领域的应用。第5章讨论了热（冷）能储能材料，包括显热储存材料、潜热储存材料、水合物蓄冷材料及水合盐等，这些材料在太阳能热利用、建筑节能和工业余热回收等领域有着广泛的应用。我们将分析这些材料的热物理性能，并讨论它们在实际应用中的性能优化。第6章专注于氢能储能材料，这是实现氢能经济的关键技术之一。本章将介绍储氢材料的种类、储氢机制、物理化学特性、优缺点、改进方法以及它们在燃料电池、氢能汽车和能源存储系统中的应用。第7章聚焦于水合物储能材料，这是一类具有广阔应用前景的新能源功能材料。本章将介绍气体水合物的基本特性、水合物在储氢与蓄冷领域的研究进展、关键影响因素、性能优化方法，以及其在能源存储与低碳技术中的实际应用与发展潜力。本书由樊栓狮、王燕鸿和郎雪梅撰写。博士生陈思远、李常乐，硕士生叶晨禹、吕文奎、范忠明参与了本书的资料整理等工作，在此对他们表示感谢。感谢国家自然科学基金项目、广州市项目、中国?澳大利亚天然气合作项目的支持。感谢华南理工大学的出版资助。为保持全书的完整性和可读性，引用了他人的一些研究成果，对于引用文章和成果已尽可能标注，若有遗漏，敬请谅解。由于作者水平有限，本书介绍的观点和认识如有不当之处，恳请读者批评指正。

樊栓狮2025年3月

《储能材料概论》是战略性新兴领域;十四五高等教育教材体系;先进功能材料与技术系列教材之一，全面而深入地探讨了储能材料的最新进展与应用。内容覆盖电化学储能材料、热能储能材料、氢能储能材料、水合物储能材料等，详细解析了各类储能材料的储能原理、性能要求、评价方法、性能优化及在能源存储系统中的实际应用。本书结合理论基础与前沿技术，深入剖析了储能材料的科学机理，既介绍了发展较为成熟、已工业化的储能材料，又探讨了具有发展潜力的新兴储能材料。本书可作为材料、化工、能源等专业研究生及高年级本科生教材，也可供相关领域科研人员、工程师等参考，旨在为读者提供一个全面了解储能材料及其应用的参考指南。

无

1绪论11.1;双碳目标与可再生能源利用11.2储能技术及其应用21.3储能材料简介41.3.1储能材料分类51.3.2储能材料研究面临的挑战5参考文献6

2储能技术原理82.1能量转换与储存82.2常见的储能技术原理132.2.1机械能储能技术142.2.2化学能储能技术222.2.3电能储能技术252.2.4热能储能技术322.2.5氢能储能技术382.2.6水合物储能技术43参考文献50

3储能材料的性能要求及评价方法533.1储能材料的性能要求533.1.1化学储能材料的性能要求533.1.2电能储能材料的性能要求553.1.3热能储能材料的性能要求653.1.4氢能储能材料的性能要求673.1.5水合物储能材料的性能要求713.2储能材料的评价方法733.2.1电化学储能材料的评价方法733.2.2热能储能材料的评价方法863.2.3氢气储能材料的评价方法973.2.4水合物储能材料的评价方法1073.3储能材料的其他要求118参考文献120

4电化学储能材料及应用1254.1锂离子电池1254.1.1正极材料1254.1.2负极材料1314.1.3电解质1354.1.4隔膜材料1364.2钠离子电池1394.2.1正极材料1394.2.2负极材料1434.2.3电解质1484.2.4隔膜材料1494.3铅酸蓄电池1514.3.1正极材料1514.3.2负极材料1524.3.3电解质1524.3.4隔板1524.4液流电池1534.4.1电极1544.4.2电解质1554.4.3离子交换膜159参考文献160

5热（冷）能储能材料1625.1显热储能材料1625.1.1液态显热储能材料1625.1.2固态显热储能材料1645.2潜热储能材料1665.2.1相变材料（PCM）1675.2.2PCM的封装1705.2.3PCM的应用1755.3水合盐储能材料1805.3.1基本物理性质1805.3.2改性方法1815.3.3应用技术186参考文献195

6氢能储能材料及应用2016.1氢能储能材料概述2016.2金属储氢材料2026.2.1金属氢化物储氢材料2026.2.2配位氢化物储氢材料2076.2.3金属有机骨架储氢材料2086.3化学储氢材料2106.3.1有机液体储氢材料2106.3.2液氨储氢材料2136.3.3甲醇储氢材料2146.4吸附储氢材料2156.4.1碳基储氢材料2166.4.2无机多孔储氢材料2236.4.3共价有机骨架储氢材料223参考文献225

7水合物储能材料及应用2267.1气体水合物概述2267.2水合物储氢2307.2.1氢气水合物的起源和结构2307.2.2氢气水合物的发展2317.2.3氢气水合物的应用2367.3水合物蓄冷材料2397.3.1客体的选择2407.3.2笼型水合物的改性2447.3.3笼型水合物在蓄冷式空调中的应用2477.4水合物储能材料的特异性2497.4.1自保护效应2497.4.2记忆效应2497.4.3水合物结构转变249参考文献250