環保電池
高性能、無污染的電池
環保電池,是指近年來已投入使用或正在研製、開發的一類高性能、無污染電池。目前已經大量使用的金屬氫化物鎳蓄電池、鋰離子蓄電池和正在推廣使用的無汞鹼性鋅錳原電池和可充電電池以及正在研製、開發的鋰或鋰離子塑料蓄電池和燃料電池等都屬於這一範疇。此外,目前已廣泛應用並利用太陽能進行光電轉換的太陽電池(又稱光伏發電),也可列入這一範疇。
金屬氫化物鎳蓄電池(ni-mh)與鎘鎳蓄電池(ni-cd)有相同的工作電壓(1.2v),但由於採用稀土合金或tini合金貯氫材料作為負極活性物質,取代了致癌物質鎘,不僅使這種新型電池成為一種綠色環保電池,而且使電池的比能量提高了近40%,達到60-80wh/kg和210-240wh/l。這種電池是90年代初逐步實現產業化,並且首先使用於手機電池。目前雖然它在手機上的主導地位逐步被鋰離子電池取代,但是在歐美手機應用中,其市場佔有率仍在50%左右。
鋰離子蓄電池(li-ion)系由可使鋰離子嵌入及脫嵌的碳作負極,可逆嵌鋰的金屬氧化物作正極(licoo2、&linio2或limn2o4)和有機電解質構成,其工作電壓為3.6v,因此一個鋰離子電池相當於三個鎘鎳或金屬氫化物鎳電池。由此這種電池的比能量是可以超過100wh/kg和280wh/l,又大大超過了金屬氫化物鎳蓄電池的比能量。鑒於以上優點,自1993-2000年短短的幾年中,其生產量和使用量以極高的速度增長。
鹼性鋅錳乾電池(alkaline)較同尺寸普通乾電池具有更高的容量,並具有大電流放電的能力。近年來已應用了無汞鋅粉,因此使這種電池成為一種綠色電池,並成為原電池中的主流產品,目前鹼性鋅錳乾電池仍然是bp機使用最多的電源。同時,世界各國也關注這種電池的可充性,美國一家公司已推出可充鹼錳電池,產品應用緩慢增長中。這種電池保持了原電池的放電特性,而且能再充電使用幾十次至幾百次(深充放電循環壽命約25次)。
鋰塑料蓄電池(lip)是金屬鋰為負極,導電聚合物作電解質的新型電池,其比能量已達到170wh/kg和350wh/l。鋰離子塑料蓄電池則是將目前鋰離子蓄電池中的有機電解液貯存於一種聚合物膜中,或是使用導電聚合物為電解質,使電池中無遊離電解液。這種電池可以用鋁塑料複合膜實現熱壓封裝,具有重量輕、形狀可任意改變,安全性更好的特點。
燃料電池(fc)則是一種利用燃料(如氫氣或含燃料)和氧化劑(如純氧或空氣中的氧)直接連續發電的裝置,由於避開了卡諾循環的限制,這種發電裝置不僅效率高(電化學反應轉換效率可高達40%以上),且無污染氣體排出,因此是未來的高效和清潔發電方式。國內外許多公司都在致力於發展適合手機、筆記本計算機的pem燃料電池,一旦投入應用,其經濟效益極大。
密封鉛酸蓄電池是鉛酸蓄電池的一種。
以下新型綠色電池技術和相關產業發展尤為迅速。
1.貯氫材料及金屬氫化物鎳蓄電池鎳氫電池(ni-mh rechargeable battery)
2.鋰離子嵌入材料及液態電解質鋰離子蓄電池
3.聚合物電解質鋰蓄電池或鋰離子蓄電池
4.鋅空氣電池和pem燃料電池
耶路撒冷的研究者開發了所謂的「馬鈴薯電池」,也就是將鋅和銅電極插到煮過的馬鈴薯里,簡單的「煮」的過程就能讓電力變為原本的10倍,使得馬鈴薯電池有機會成為發展中國家便宜而隨處可得的電力來源。可謂是真正的綠色環保電池。Yissum研發公司無償將這個技術提供給任何有興趣的發展中國家。雖然在蓄電量上和我們習慣的鋰電池有不小的差距,但可是完全100%環保的。
Yissum研發公司,利用耶路撒冷希伯來大學的技術,正在開發名為“solid organic electric battery based upon treated potatoes(基於馬鈴薯塗層的固體有機電池)”的新電池,簡單來說就是馬鈴薯驅動的電池。這種電池為世界上缺乏電力設施的地區提供了一種簡單的、可持續的、可靠的滿足電力需求的廉價方案。
希伯來大學的研究人員發現,馬鈴薯塗層增強了鹽橋能力,因此有馬鈴薯塗層的電池產生的電能是無馬鈴薯塗層電池的十倍。成本分析顯示,新的電池比現有的商業電池如1.5 Volt D電池和Energizer E91電池便宜5到50倍。
太陽能(Solar Energy),一般是指太陽光的輻射能量,在現代一般用作發電。自地球形成生物就主要以太陽提供的熱和光生存,而自古人類也懂得以陽光曬乾物件,並作為保存食物的方法,如製鹽和曬鹹魚等。但在化石燃料減少下,才有意把太陽能進一步發展。太陽能的利用有被動式利用(光熱轉換)和光電轉換兩種方式。太陽能發電一種新興的可再生能源。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源,如風能,化學能,水的勢能等等。
太陽能電池的分類
一、硅太陽能電池
二、多元化合物薄膜太陽能電池
三、聚合物多層修飾電極型太陽能電池
四、納米晶太陽能電池
五、有機薄膜太陽能電池
六、染料敏化太陽能電池
七、塑料太陽能電池
環保電池
有些自動化的智能型快速充電器當指示燈信號轉變時,只表示充滿了90%,充電器會自動改用慢速充電將電池完全充滿。用戶最好將電池完全充滿后使用,否則會縮短使用時間。
方法是把電池完全放電,然後重新充滿。放電可利用放電器或具有放電功能的充電器,也可以利用手機待機備用模式,如要加速放電可把顯示屏及電話按鍵的照明燈打開。要確保電池能重新充滿,應依照說明書的指示來控制時間,重複充、放電兩至三次。
鋰電池可貯存在環境溫度為-5°C—35°C,相對濕度不大於75%的清潔、乾燥、通風的室內,應避免與腐蝕性物質接觸,遠離火源及熱源。電池電量保持標稱容量的30%到50%。推薦貯存的電池每6個月充電一次。
廢舊電池潛在的污染已引起社會各界的廣泛關注。中國是世界上頭號乾電池生產和消費大國,有資料表明,中國目前有1400多家電池生產企業,1980年乾電池的生產量已超過美國而躍居世界第一。1998年中國乾電池的生產量達到140億隻,而同年世界乾電池的總產量約為300億隻。
如此龐大的電池數量,使得一個極大的問題暴露出來,那就是如何讓這麼多的電池不去破壞污染人們生存的環境。據調查,廢舊電池內含有大量的重金屬以及廢酸、廢鹼等電解質溶液。如果隨意丟棄,腐敗的電池會破壞人們的水源,侵蝕人類賴以生存的莊稼和土地,人們的生存環境面臨著巨大的威脅。如果一節一號電池在地里腐爛,它的有毒物質能使一平方米的土地失去使用價值;扔一粒紐扣電池進水裡,它其中所含的有毒物質會造成60萬升水體的污染,相當於一個人一生的用水量;廢舊電池中含有重金屬鎘、鉛、汞、鎳、鋅、錳等,其中鎘、鉛、汞是對人體危害較大的物質。而鎳、鋅等金屬雖然在一定濃度範圍內是有益物質,但在環境中超過極限,也將對人體造成危害。廢舊電池中的重金屬會影響種子的萌發與生長。廢舊電池滲出的重金屬會造成江、河、湖、海等水體的污染,危及水生物的生存和水資源的利用,間接威脅人類的健康。廢酸、廢鹼等電解質溶液可能污染土地,使土地酸化和鹽鹼化,這就如同埋在人們身邊的一顆定時炸彈。因此,對廢舊電池的收集與處置非常重要,如果處置不當,可能對生態環境和人類健康造成嚴重危害。隨意丟棄廢舊電池不僅污染環境,也是一種資源浪費。有人算了一筆帳以全國每年生產100億隻電池計算,全年消耗15.6萬噸鋅,22.6萬噸二氧化錳,2080噸銅,2.7萬噸氯化鋅,7.9萬噸氯化銨,4.3萬噸碳棒。儘管先進的科技已給了們正確的指向,但中國的電池污染現象仍不容樂觀。目前中國的大部分廢舊電池混入生活垃圾被一併埋入地下,久而久之,經過轉化使電池腐爛,重金屬溶出,既可能污染地下水體,又可能污染土壤,最終通過各種途徑進入人的食物鏈。生物從環境中攝取的重金屬經過食物鏈的生物放大作用,逐級在較高級的生物中成千上萬倍地富集,然後經過食物鏈進入人的身體,在某些器官中積蓄造成慢性中毒,日本的水俁病就是汞中毒的典型案例。