- 一場電子設(shè)備的革命正悄悄來臨
- 電動汽車勢必成為將來的一個發(fā)展趨勢
- 鋰離子電池被廣泛應(yīng)用于手機(jī)行業(yè)
- 在不遠(yuǎn)的將來，可樂就可以幫汽車行駛幾百公里
- 未來幾年光伏產(chǎn)業(yè)的增長率至少是30％以上，市場前景廣闊
可樂當(dāng)做電池被利用
如果你對電池的感覺還停留在手電筒里圓柱形干電池的印象中，那實在是太落伍了。從最早我們熟知的鉛酸電池到后來的鎳鎘電池、鎳氫電池，再到如今手機(jī)里清一色的鋰電池，以及研發(fā)與實用并重的太陽能電池、燃料電池，結(jié)合人們的需要和當(dāng)前的實際困難，各類電池正在發(fā)展中形成并體現(xiàn)著各自的特色，最大程度地展現(xiàn)了科技、實用等優(yōu)點。
手機(jī)電池——風(fēng)生水起
隨著3G業(yè)務(wù)在國內(nèi)的全面開展，手機(jī)的功能已極大豐富。如今制約手機(jī)使用的瓶頸已經(jīng)不是手機(jī)技術(shù)，而是手機(jī)電池。如何在更有限的空間里提高電池的能量，滿足人們對各種手機(jī)功能更長久的使用，成為了當(dāng)務(wù)之急。
現(xiàn)在普遍采用的手機(jī)電池是鋰離子電池和鎳氫電池，前者幾乎覆蓋了中國和東亞、東南亞地區(qū)的所有手機(jī)電池，而后者在歐美地區(qū)還有少量的使用。鋰離子電池因為具有高工作電壓、小體積、無污染、長循環(huán)壽命且無記憶效應(yīng)等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于手機(jī)行業(yè)。
傳統(tǒng)鋰離子電池正負(fù)極分別是由鋰和碳構(gòu)成，被電解質(zhì)浸沒包裹，通過電極中正負(fù)電荷的流動提供電流。由于鋰離子從一個電極抵達(dá)另一個電極需要一定的時間，因此充放電都很緩慢。尤其是充電，一般需要好幾個小時，因而限制了人們的使用。
今年3月份，美國麻省理工學(xué)院的兩位科學(xué)家發(fā)明了一種超級鋰電池，通過改變傳統(tǒng)電極的表面結(jié)構(gòu)，加速了鋰離子釋放和吸收速度，使之比原來有了100倍的提升。也就是說，幾秒內(nèi)就可以完成我們過去幾個小時的工作。而且，這兩位科學(xué)家所用的生產(chǎn)材料都是以前鋰電池常用的材料，并沒有新的消耗和負(fù)擔(dān)，為將來的實際應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。
研發(fā)人員說:“以秒計算而不是以小時計算的充電和放電過程，使得這項新型的電池技術(shù)將開啟新的技術(shù)應(yīng)用之門，其中包括改變?nèi)藗兊纳罘绞健?rdquo;該項研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表于著名的《自然》雜志上，并已獲2家公司授權(quán)，預(yù)計該項成果可在兩到三年內(nèi)上市。
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汽車電池——電動汽車不是夢
隨著油價的持續(xù)走高以及節(jié)能減排成為我國的一項國策，電動汽車勢必成為將來的一個發(fā)展趨勢，很多汽車公司也開始重視電動汽車的研發(fā)。但到目前為止，電動汽車還只是在“概念汽車”的領(lǐng)域中，沒有得到實際應(yīng)用。其主要原因，在于電動汽車的“電”——車載電池的容量、成本與安全性等問題。
電動汽車技術(shù)可分為純電動汽車(EV)、混合電動汽車(HEV)和燃料電池汽車技術(shù)(FCEV)三個技術(shù)流派。
現(xiàn)階段，混合動力汽車優(yōu)勢較大，因為它對現(xiàn)有汽車技術(shù)的改進(jìn)相對較少，可以起到很好的過渡作用。目前80％的混合動力汽車采用鎳氫動力電池，具有功率大、安全性好、循環(huán)利用率高、成本低、技術(shù)成熟等優(yōu)點。不過，鎳氫電池容量有限，不利于汽車的長途運行。而鋰電池實現(xiàn)了大容量、高能量密度等特點，已經(jīng)被眾多汽車廠商所青睞。但其不足之處在于安全性和穩(wěn)定性不夠理想，以及鋰作為貴金屬生產(chǎn)成本也比較高。
于是全球第一大鎳氫電池和鎳鎘電池生產(chǎn)商比亞迪推出了新型的“鐵電池”。它采用鐵代替鋰，降低了生產(chǎn)成本，但電池容量和功率卻與鋰電池不相上下。而且它也大大提高了電池的穩(wěn)定性，在燃燒和碰撞中不會發(fā)生爆炸，因此被寄予厚望。據(jù)稱，搭載了鐵電池的首輛比亞迪F3DM雙模電動車已于今年3月份在深圳的公路上跑了起來。或許這將真正實現(xiàn)只需插上電就可以跑汽車的夢想。
除了混合動力汽車外，燃料電池汽車是電動汽車的另一個重要方向。今年5月底，美國能源部出臺政策，將撥款24億美元補(bǔ)助相關(guān)企業(yè)以推動美國電動車燃料電池的技術(shù)研發(fā)。燃料電池是將所供燃料的化學(xué)能直接變換為電能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，也就是說，化學(xué)能僅僅通過一個步驟就變?yōu)殡娔?，而不是傳統(tǒng)的從化學(xué)能變?yōu)闊崮?，又從熱能變?yōu)殡娔?，因此能量轉(zhuǎn)換率高達(dá)60％至80％。燃料電池具體原理是利用了水電解的逆反應(yīng)，與其說它是個電池，倒不如說它是個“發(fā)電機(jī)”。只要通過連續(xù)地供給燃料和氧化劑，即可反應(yīng)獲得連續(xù)電力。當(dāng)燃料耗盡時，只需重新注滿燃料儲備庫即可。它的燃料很多樣化，像磷酸燃料電池、堿性燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池、固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池及蓄熱式燃料電池等許多類型。比如利用甲醇作為燃料，相比于氫氣存儲更加方便安全，而相比于鋰離子能量可提高10倍。另外，科學(xué)家研制了一種新的過濾技術(shù)，安裝了上百個50微米大小的孔洞，可以將反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳等廢氣排到大氣中，清除反應(yīng)副產(chǎn)品，進(jìn)一步提高了效率。
今年2月份，索尼推出新款燃料電池，融合了鋰電池和燃料電池，實現(xiàn)了成本降低與持久續(xù)航的雙重目標(biāo)。而且還有專門的智能控制芯片在電池工作時切換燃料電池和鋰電池部分，從而獲得最高的電池效率。
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太陽能電池——環(huán)保持久
太陽能是太陽內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過程產(chǎn)生的能量，是地球上最便捷、最直接的能源，不僅潔凈環(huán)保，而且取之不盡、用之不竭。從某種程度上說，我們現(xiàn)在所使用的所有能源其根源都是太陽能，而我們?nèi)祟悓μ柲艿睦靡灿猩锨甑臍v史，發(fā)展到今天已出現(xiàn)了太陽能的光熱利用、光電利用和光化學(xué)利用等多種形式。
太陽能電池種類很多，目前應(yīng)用最多、技術(shù)最成熟的是晶體硅太陽電池，目前占到市場份額的90％，它的轉(zhuǎn)化效率也最高，實驗室多晶硅太陽電池的一般效率已達(dá)到20.3％，工業(yè)上生產(chǎn)的多晶硅太陽電池的效率也可以達(dá)到13％－16％，而且生產(chǎn)技術(shù)成熟，質(zhì)量穩(wěn)定，即便使用20年，轉(zhuǎn)換效率相對于出廠時也僅僅下降20％。但由于多晶硅太陽電池的材料價格居高不下，加之工藝繁瑣，限制了其大規(guī)模推廣應(yīng)用的要求。
為了進(jìn)一步提高效率，降低成本，科學(xué)家采用了不同的材料和方法利用太陽能。2009年3月，澳大利亞莫納什大學(xué)(MonashUniversity)的研究人員研發(fā)出了聚合物太陽能電池——一款超薄柔性太陽能電池。這種電池和一頁紙一樣薄，能隨意彎曲，非常輕便易于攜帶運輸。而且它部分透明，可以安裝在玻璃和窗戶上，拓寬了應(yīng)用范圍。因為它能漂浮于水面上，所以既可以覆蓋水面又不影響正常發(fā)電。
而美國特拉華大學(xué)科研人員瞄準(zhǔn)了新型的橫向光學(xué)聚焦系統(tǒng)。今年早些時候，他們宣布最新研制的超高效硅太陽能電池，在標(biāo)準(zhǔn)的陸地日光條件下，其太陽能轉(zhuǎn)換效率高達(dá)42.8％。相對于傳統(tǒng)太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率高出約30％。該系統(tǒng)將吸收到的光束分配于不同的感光材料，能覆蓋全部太陽光譜，大大提高了對太陽光的利用率。而且，該系統(tǒng)還有一個靜止的寬接收角光學(xué)系統(tǒng)，可以接收更多的太陽光。這種固定化而不需要復(fù)雜跟蹤裝置的設(shè)備，使其更容易地被安裝于手提電腦等便攜設(shè)備。
據(jù)預(yù)測，未來幾年光伏產(chǎn)業(yè)的增長率至少是30％以上，市場前景廣闊。
活的電池——生物技術(shù)完美體現(xiàn)
除了剛才提到的已產(chǎn)業(yè)化的鋰電池、燃料電池和太陽能電池等新型電池，科研人員還在積極研發(fā)其他類型的電池。比如從生命當(dāng)中汲取靈感，制備了“活的”生物電池。
在今年2月的“FCexpo2009國際氫·燃料電池展”上，索尼公司展示了相當(dāng)前沿的糖生物電池。在現(xiàn)場演示中，只需注入普通的可樂就可以發(fā)電。這種電池是利用酶分解葡萄糖，提取電子和氫離子進(jìn)行發(fā)電。
早在2007年，索尼公司就曾經(jīng)發(fā)布了一款用葡萄糖(Glucose)做能量來源的生物電池，它以酶為催化劑，從碳水化合物如葡萄糖中產(chǎn)生電力。在今年的新款中，單位體積功率密度提高了1倍，從50mW/40cc提升為70mW/28cc，以前4節(jié)電池才能驅(qū)動的Walkman揚聲器現(xiàn)在只需3節(jié)即可。
這種電池更加環(huán)保，產(chǎn)物是水，而且酶可以再生，降低了價格。索尼公司看準(zhǔn)了生物電池的光明前景，準(zhǔn)備在續(xù)航能力等方面再加大投入研發(fā)，一場電子設(shè)備的革命正悄悄來臨?；蛟S將來的某一天，我們手中的可樂也可以幫助自己的汽車行駛幾百公里。
