- 一場電子設(shè)備的革命正悄悄來臨
- 電動(dòng)汽車勢必成為將來的一個(gè)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。
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?yàn)榫哂懈吖ぷ麟妷?、小體積、無污染、長循環(huán)壽命且無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)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(dòng)提供電流。由于鋰離子從一個(gè)電極抵達(dá)另一個(gè)電極需要一定的時(shí)間，因此充放電都很緩慢。尤其是充電，一般需要好幾個(gè)小時(shí)，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(gè)小時(shí)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(shí)際應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。
研發(fā)人員說:“以秒計(jì)算而不是以小時(shí)計(jì)算的充電和放電過程，使得這項(xiàng)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(xiàng)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(jì)該項(xiàng)成果可在兩到三年內(nèi)上市。
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汽車電池——電動(dòng)汽車不是夢
隨著油價(jià)的持續(xù)走高以及節(jié)能減排成為我國的一項(xiàng)國策，電動(dòng)汽車勢必成為將來的一個(gè)發(fā)展趨勢，很多汽車公司也開始重視電動(dòng)汽車的研發(fā)。但到目前為止，電動(dòng)汽車還只是在“概念汽車”的領(lǐng)域中，沒有得到實(shí)際應(yīng)用。其主要原因，在于電動(dòng)汽車的“電”——車載電池的容量、成本與安全性等問題。
電動(dòng)汽車技術(shù)可分為純電動(dòng)汽車(EV)、混合電動(dòng)汽車(HEV)和燃料電池汽車技術(shù)(FCEV)三個(gè)技術(shù)流派。
現(xiàn)階段，混合動(dòng)力汽車優(yōu)勢較大，因?yàn)樗鼘ΜF(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(dòng)力汽車采用鎳氫動(dòng)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(diǎn)。不過，鎳氫電池容量有限，不利于汽車的長途運(yùn)行。而鋰電池實(shí)現(xiàn)了大容量、高能量密度等特點(diǎn)，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(huì)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(dòng)車已于今年3月份在深圳的公路上跑了起來?；蛟S這將真正實(shí)現(xiàn)只需插上電就可以跑汽車的夢想。
除了混合動(dòng)力汽車外，燃料電池汽車是電動(dòng)汽車的另一個(gè)重要方向。今年5月底，美國能源部出臺(tái)政策，將撥款24億美元補(bǔ)助相關(guān)企業(yè)以推動(dòng)美國電動(dòng)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(gè)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(gè)電池，倒不如說它是個(gè)“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(shí)，只需重新注滿燃料儲(chǔ)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(chǔ)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(gè)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(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)也僅僅下降20％。但由于多晶硅太陽電池的材料價(jià)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(yùn)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?yàn)樗芷∮谒嫔?，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(shí)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(gè)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(dòng)的Walkman揚(yáng)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(jià)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。或許將來的某一天，我們手中的可樂也可以幫助自己的汽車行駛幾百公里。
