化學(xué)電源的發(fā)展

1、化學(xué)電源的發(fā)展 化學(xué)電源的發(fā)展摘要 摘要：本文綜述了化學(xué)電源的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀，介紹了化學(xué)電源的特點(diǎn)、分類，總結(jié)電源發(fā)展熱點(diǎn)，展望了化學(xué)電源應(yīng)用的美好前景。關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞：化學(xué)電源；發(fā)展歷史；綠色化學(xué)電源；展望能源是人類社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著人類社會(huì)的進(jìn)步和生活水平的提高，不僅消耗能量將急劇增加，而且需要提供能量的方式更加多樣化?；瘜W(xué)電源作為通過化學(xué)反應(yīng)獲得電能的一種裝置，不僅種類繁多、形式多樣，而且可以是再生性能源，由于它自身的特

2、點(diǎn)，所以有著其它能源所不可替代的重要位置?；瘜W(xué)電源的廣泛使用是人類科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的需要，是人類物質(zhì)文明提高的需要。二者的迅速發(fā)展也促進(jìn)化學(xué)電源的生產(chǎn)與研究的迅速發(fā)展。1.化學(xué)電源的發(fā)展歷史 化學(xué)電源的發(fā)展歷史化學(xué)電源又稱電池，是一種能將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成電能的裝置，它通過化學(xué)反應(yīng)，消耗某種化學(xué)物質(zhì)，輸出電能。常見的電池大多是化學(xué)電源。它在國民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)、軍事和日常生活方面均獲得廣泛應(yīng)用。世界上第一個(gè)電池（伏打電池）是在 1800 年由意

3、大利人 Alessandro Volta 發(fā)明的。這個(gè)電池由銅片和鋅片交疊而成，中間隔以浸透鹽水的毛呢。電池的發(fā)展史由 1836 年丹尼爾電池的誕生到 1859 年鉛酸電池的發(fā)明，至 1883 年發(fā)明了氧化銀電池，1888 年實(shí)現(xiàn)了電池的商品化，1899 年發(fā)明了鎳-鎘電池，1901 年發(fā)明了鎳-鐵電池，進(jìn)入 20 世紀(jì)后，電池理論和技術(shù)處于一度停滯時(shí)期。但在第二次世界大戰(zhàn)之后，電池技術(shù)又進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。首先是為了適應(yīng)重負(fù)荷用途的需要

4、，發(fā)展了堿性鋅錳電池，1951 年實(shí)現(xiàn)了鎳-鎘電池的密封化。1958 年 Harris 提出了采用有機(jī)電解液作為鋰一次電池的電解質(zhì)，20 世紀(jì) 70 年代初期便實(shí)現(xiàn)了軍用和民用。隨后基于環(huán)?？紤]，研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向蓄電池。鎳-鎘電池在 20 世紀(jì)初實(shí)現(xiàn)商品化以后，在 20 世紀(jì) 80 年代得到迅速發(fā)展。隨著人們環(huán)保意識的日益增加，鉛、鎘等有毒金屬的使用日益受到限制，因此需要尋找新的可代替?zhèn)鹘y(tǒng)鉛酸電池和鎳-鎘電池的可充電電池。鋰離子電池自然成為

5、有力的候選者之一。1990 年前后發(fā)明了鋰離子電池。1991 年鋰離子電池實(shí)現(xiàn)商品化。1995 年發(fā)明了聚合物鋰離子電池， （采用凝膠聚合物電解質(zhì)為隔膜和電解質(zhì)）1999 年開始商品化?，F(xiàn)代社會(huì)電池的使用范圍已經(jīng)由 40 年代的手電筒、收音機(jī)、汽車、和摩托車的啟動(dòng)電源發(fā)展到現(xiàn)在的 40-50 種用途。小到從電子表手表、CD 唱機(jī)、移動(dòng)電話、MP4、MP5、照相機(jī)、攝影機(jī)、各種遙控器、剔須刀、手槍鉆、兒童玩具等。大到從醫(yī)院、賓館、超市、電

6、話交換機(jī)等場合的應(yīng)急電源，電動(dòng)工具、拖船、拖車、鏟車、輪椅車、高爾夫球運(yùn)動(dòng)車、電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車、風(fēng)力發(fā)電站用電池、導(dǎo)彈、潛艇和魚雷等軍用電池。還有可以滿足各種特殊要求的專用電池等。電池已經(jīng)成為人類社會(huì)必不可少的便捷能源。 2.化學(xué)電源的特點(diǎn) 化學(xué)電源的特點(diǎn)（1）能量轉(zhuǎn)換效率高：如果把化學(xué)電源與當(dāng)今人類普遍利用獲取電能的手段——火力發(fā)電相比較，其功率和規(guī)模確實(shí)遠(yuǎn)不及后者；然而就其能量轉(zhuǎn)換效率而言，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于火力發(fā)電。從理論上講可以達(dá)到

7、100%。因?yàn)榛鹆Πl(fā)電屬于間接發(fā)電，能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多，受熱機(jī)卡諾循環(huán)的限制，效率很低，約有 60～70%的熱量白白浪費(fèi)。而化學(xué)電源是直接發(fā)電裝5.3 液結(jié)光伏電池：太陽能是一種取之不盡，用之不渴的能源，它既清潔又廉價(jià)，但是人類至今對太陽能的利用卻十分有限。采用半導(dǎo)體的 p—n 結(jié)原理制成的固結(jié)太陽能電池，由于其要求半導(dǎo)體純度很高，而光能轉(zhuǎn)換效率尚不盡人意，只能在特殊場合使用。假如把比較容易制備的半導(dǎo)體電極(諸多金屬氧化物均有半導(dǎo)體性能)插

8、入電解質(zhì)溶液，在光激發(fā)下半導(dǎo)體產(chǎn)生光生空穴(h+)或光生電子，與電解質(zhì)溶液中離子發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能或轉(zhuǎn)化為其它形式能量，將使光電化學(xué)效應(yīng)在利用太陽能上有所作為。早在 1839 年法國人 Becquerel 就在實(shí)驗(yàn)中觀察到光電化學(xué)效應(yīng)，但光電化學(xué)引起充分重視并得到迅速發(fā)展只是近幾十年的事，除了建立起理論的半導(dǎo)體/電解質(zhì)溶液的簡單模型，進(jìn)行了大量的光電極和電解質(zhì)溶液的選擇，最有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)當(dāng)屬 1972 年日本人Fujishima(藤

9、島昭)和 Honda(本田)進(jìn)行了光助電解水（用 TiO2 電極）獲得氫氣。在溶液中電解水理論上需要施加 1.23V 的外壓，而采用半導(dǎo)體 TiO2 光電極加以光照后，根據(jù)使用的電極材料和電解質(zhì)的不同，僅需 0.3～1V 的外壓，“免費(fèi)”利用陽光，節(jié)省電能又獲得氫能，給光電化學(xué)效應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用帶來了希望。由于光電化學(xué)電池對電極材料的要求，并不象固體太陽電池那樣嚴(yán)格，甚至多晶半導(dǎo)體也可使用，大大降低成本，因此，盡管目前還存在電極材料的穩(wěn)定性

10、不高，太陽能轉(zhuǎn)換效率普遍較低等困難，但其前景比較樂觀。6.結(jié)論 結(jié)論對于我國目前的電池工業(yè)而言，存在的主要問題是環(huán)境污染和資源浪費(fèi)嚴(yán)重。對于環(huán)境污染而言，由于我國電池工業(yè)的自動(dòng)化、機(jī)械化程度不高，很多企業(yè)多為手工操作，導(dǎo)致生產(chǎn)過程中污染很大，對工人身體危害大。為了減少污染，保護(hù)環(huán)境，維護(hù)生態(tài)平衡以及保護(hù)地球上的有限資源，應(yīng)當(dāng)盡可能擴(kuò)大資源種類，選用儲(chǔ)量豐富的資源以及利用有利于環(huán)保的資源。因此，在全球能源和環(huán)境日趨嚴(yán)峻的形勢下，綠色環(huán)保電