胡景瑤
摘要:在經(jīng)濟(jì)水平和生活水平逐漸提高的當(dāng)代,人們開始重點(diǎn)關(guān)注可持續(xù)發(fā)展以及資源高效利用的方面。文章以現(xiàn)階段世界各國普遍面臨的環(huán)境污染以及能源緊缺問題作為主要背景,首先對綠色化學(xué)和能源涵蓋的內(nèi)容進(jìn)行了概述,然后通過理論與實(shí)際相結(jié)合的方式,以鋰離子蓄電池、燃料電池等較為常見的新能源電池為立足點(diǎn),針對“新能源電池中綠色化學(xué)的實(shí)際應(yīng)用”展開了科學(xué)、全面的論述,最后又概括了新能源電池中綠色化學(xué)的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞:綠色化學(xué);新能源電池;實(shí)際應(yīng)用
隨著社會的發(fā)展,環(huán)境污染以及資源危機(jī)帶來的不利影響變得越來越突出,想要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,眼前的當(dāng)務(wù)之急在于對上述問題進(jìn)行徹底、有效的解決,綠色化學(xué)的重要性也因此為人們所熟知。綠色化學(xué)的最終目標(biāo)是將原料分子的任意原子轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的產(chǎn)品,減少甚至杜絕廢棄物產(chǎn)生的可能,真正達(dá)到“零排放”的目標(biāo)。由此可以看出,在新能源電池中對綠色化學(xué)進(jìn)行合理應(yīng)用,能夠在緩解能源緊缺問題的基礎(chǔ)上,最大程度減少對環(huán)境造成的污染。
一、綠色化學(xué)和能源的概述
1、綠色化學(xué)的概述。綠色化學(xué)所倡導(dǎo)的主題為綠色生產(chǎn),也就是說立足于污染產(chǎn)生的源頭,從根本上對污染問題進(jìn)行治理,以此來保證化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的清潔程度。綠色化學(xué)具有的特點(diǎn)可以從兩個方面加以論述:一方面,綠色化學(xué)對傳統(tǒng)化學(xué)思維進(jìn)行了完善和發(fā)展;另一方面,綠色化學(xué)倡導(dǎo)通過對資源進(jìn)行充分利用的方式,保證生產(chǎn)成本的降低,在滿足社會所提出可持續(xù)發(fā)展要求的基礎(chǔ)上,加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展的水平。
2、能源的概述。作為人類和社會在發(fā)展過程中具有的根本需求,能源危機(jī)的出現(xiàn)不僅會給社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來不利影響,甚至?xí)谀撤N程度上對人類的發(fā)展產(chǎn)生制約。與西方發(fā)達(dá)國家相比,能源短缺問題在我國更加嚴(yán)重。在開展相關(guān)工作的過程中對綠色化學(xué)進(jìn)行合理應(yīng)用,與政府提出的可持續(xù)發(fā)展理念相契合[1]。
以世界宏觀背景與經(jīng)濟(jì)形勢為立足點(diǎn),對新能源發(fā)展工作的重要性加以分析可以發(fā)現(xiàn),無論是對社會經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整還是對節(jié)能減排的貫徹落實(shí)而言,新能源的應(yīng)用都具有非常重要的意義。對新能源進(jìn)行發(fā)展和應(yīng)用,能夠在一定程度上緩解現(xiàn)階段世界各國共同面臨的能源危機(jī),為社會發(fā)展提供幫助。
二、新能源電池中綠色化學(xué)的實(shí)際應(yīng)用
隨著人們認(rèn)知水平的逐漸提高,將綠色化學(xué)與新能源電池相結(jié)合具有的積極作用開始被越來越多的人所了解,以此為核心所開展的科研活動也愈發(fā)完善。通過對綠色化學(xué)進(jìn)行合理應(yīng)用的方式研制出的新能源電池,普遍具有無污染以及高性能的優(yōu)點(diǎn),正是因?yàn)槿绱?,綠色化學(xué)電池的發(fā)展前景與傳統(tǒng)電池相比更加廣闊、明亮,無論是國防、交通領(lǐng)域,還是通信、電子領(lǐng)域,在發(fā)展過程中均無法離開綠色化學(xué)電池的支持,其中具有代表性的電池種類包括鋰離子蓄電池、太陽能電池、燃料電池等,下面就針對這幾種電池分別展開敘述。
1、金屬氫化物鎳電池。作為最基礎(chǔ)同時也是最常見的綠色化學(xué)電池,處于工作狀態(tài)下的金屬氫化物鎳電池所應(yīng)用的電壓通常為1.2V。該蓄電池較為突出的特點(diǎn)在于構(gòu)成負(fù)極活性物質(zhì)的元素不再應(yīng)用可能使人致癌的鎘,而是選用對人體無害、無毒的稀土合金,滿足綠色化學(xué)具有的要求。
2、鋰離子蓄電池。鋰離子蓄電池具有的優(yōu)點(diǎn)包括:第一點(diǎn),能量密度相對較大、所輸出電壓的平均值較高;第二點(diǎn),自放電??;第三點(diǎn),所適應(yīng)工作溫度相對廣泛;第四點(diǎn),使用壽命與其他新能源電池相比較長
[2]。作為不含有任何有害、有毒物質(zhì)的新能源電池,鋰離子蓄電池現(xiàn)階段普遍被應(yīng)用在以筆記本和手機(jī)為代表的數(shù)碼產(chǎn)品之中,并且將自身具有的優(yōu)勢進(jìn)行了最大化的呈現(xiàn)(手機(jī)鋰離子蓄電池如圖1所示)。
3、太陽能電池。太陽能電池指的是通過對以半導(dǎo)體硅為代表的材料所具有的光電效應(yīng)進(jìn)行合理應(yīng)用的方式,完成將太陽能向電能加以轉(zhuǎn)換的工作的器件。和其他較為常見的各類發(fā)電方式相比較而言,太陽能電池具有的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面:噪聲小、易于維護(hù)、綠色環(huán)保、無需燃料、轉(zhuǎn)換效率高?,F(xiàn)階段,太陽能電池已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在諸多行業(yè)之中,由最初的航天領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域,逐漸向工業(yè)、農(nóng)業(yè)甚至是城市紅綠燈(如圖2所示)等公用設(shè)施領(lǐng)域進(jìn)行拓展,無論是衛(wèi)星通信接收站、燈塔航標(biāo),還是氣象觀測站、遙控遙測,太陽能電池都是電源首選。2004年,首批以太陽能電池作為電源,配以相應(yīng)的信號燈與蓄電池的“可移動電子交警”在山西太原投入使用。在工業(yè)領(lǐng)域,太陽能電池主要被用于對工廠產(chǎn)品進(jìn)行檢測以及傳感器的制作方面。另外,由于太陽能電池對不同顏色、不同波長具有的響應(yīng)靈敏度也有所不同,因此,在對光的顏色進(jìn)行探測時,太陽能電池也是不二選擇。還需要人們了解一點(diǎn),太陽能電池在農(nóng)村、邊遠(yuǎn)地區(qū)的應(yīng)用頻率與城市相比更高,這主要是因?yàn)榻Y(jié)合不同地區(qū)的實(shí)際情況對太陽能電池進(jìn)行合理應(yīng)用,能夠在很大程度上減少對輸電線路的建造,進(jìn)而起到節(jié)約成本的作用。
4、燃料電池。作為較為典型的綠色化學(xué)電池,燃料電池指的是通過化學(xué)反應(yīng)將燃料具有的能量進(jìn)行徹底釋放,從而完成將能量向電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換并輸出工作的器件。在實(shí)踐過程中可以發(fā)現(xiàn),燃料電池主要有以下幾個方面的優(yōu)點(diǎn):其一,以兼具節(jié)能、高效、可再生等優(yōu)點(diǎn)為一身的二次能源——?dú)錇橹饕剂希剂想姵卦诠ぷ鬟^程中產(chǎn)生的產(chǎn)物是水,不會對環(huán)境產(chǎn)生不利影響,因此燃料電池更加綠色環(huán)保;其二,具有高于80%的能量轉(zhuǎn)換率。除此之外,功率范圍較廣、無需充電、容量大等優(yōu)點(diǎn)也是顯而易見的。
燃料電池的實(shí)際應(yīng)用主要包括以下幾個方面:其一,解決我國偏遠(yuǎn)地區(qū)在供電方面具有的問題。首先通過風(fēng)能和太陽能制取氫氣,然后將氫氣存儲于儲氫器中,最后利用燃料電池進(jìn)行發(fā)電,完成供電工作。由于氫氣具有“自我補(bǔ)給”這一優(yōu)點(diǎn),因此,該系統(tǒng)解決了風(fēng)能和太陽能難以存儲的問題,真正實(shí)現(xiàn)了資源的充分利用;其二,燃料電池安靜、干凈的優(yōu)點(diǎn)決定了它可以被安置在建筑地下室或頂層,用來為城市小區(qū)、賓館進(jìn)行供電或供熱;其三,導(dǎo)致環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重的主要因素之一為汽車尾氣排放,因此,世界各國始終致力于對高效、清潔的新能源進(jìn)行開發(fā),用以改善汽車尾氣排放帶來的不利影響。燃料電池以其可以被忽略的尾氣排放量和極高的能量轉(zhuǎn)化率被應(yīng)用在汽車領(lǐng)域中。雖然現(xiàn)階段將汽車制造與燃料電池進(jìn)行結(jié)合的技術(shù)有待改善,但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,燃料電池必然會被大量應(yīng)用在汽車制造的過程中;其四,作為燃料電池的一種,直接甲醇燃料電池現(xiàn)階段已經(jīng)作為優(yōu)選電源被應(yīng)用在攝像機(jī)、筆記本電腦等電子產(chǎn)品之中,這主要是因?yàn)樵撊剂想姵丶婢呶kU性低、運(yùn)行方便、結(jié)構(gòu)簡單、發(fā)電持久等優(yōu)點(diǎn),與電子產(chǎn)品對電源具有的需求高度符合。
三、新能源電池中綠色化學(xué)的應(yīng)用前景
橫亙在社會前進(jìn)道路上的障礙主要有兩個,分別是環(huán)境污染以及能源危機(jī),想要同時緩解甚至解決這兩個問題,在新能源電池中對綠色化學(xué)進(jìn)行合理應(yīng)用是非常有必要的?,F(xiàn)階段,投入使用的了綠色化學(xué)電池已經(jīng)取得了一定的成效,無論是國防、科技還是民用領(lǐng)域,綠色環(huán)保電池的應(yīng)用頻率與之前相比都有了顯著的提升,除此之外,隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,綠色環(huán)保電池必將在以信息技術(shù)和環(huán)境保護(hù)為代表的高新技術(shù)領(lǐng)域大展拳腳,為社會全面發(fā)展注入全新的推動力。
四、結(jié)語
綜上所述,作為在二十一世紀(jì)極具代表性的科學(xué)領(lǐng)域,綠色化學(xué)的積極作用不僅體現(xiàn)在環(huán)境保護(hù)方面,還體現(xiàn)在資源利用方面,因此,在新能源電池中對綠色化學(xué)進(jìn)行合理應(yīng)用的重要性自然不言而喻。文章以綠色化學(xué)電池涉及的概念和理論為基礎(chǔ),對現(xiàn)階段被廣泛應(yīng)用在社會各領(lǐng)域的不同類型綠色化學(xué)電池進(jìn)行了系統(tǒng)的論述,希望能夠在某些方面為研究人員相關(guān)工作的開展提供幫助,從而對節(jié)能減排理念進(jìn)行貫徹落實(shí),真正實(shí)現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1] 上官恩波. 綠色化學(xué)電源鎳基正極材料的合成、結(jié)構(gòu)和性能研究[D].河南師范大學(xué),2012.
[2] 譚國強(qiáng). 新型固態(tài)化鋰二次電池及相關(guān)材料的制備與性能研究[D].北京理工大學(xué),2014.