電池前世今生課件2

電池的前世今生公共衛(wèi)生學(xué)院預(yù)防醫(yī)學(xué)144班組員：陸明皓羅澤延麥偉文莫秋彬羅文照王建英電池的前世今生公共衛(wèi)生學(xué)院預(yù)防醫(yī)學(xué)144班

電池是一項(xiàng)偉大的發(fā)明，擁有精彩而悠久的歷史，也將擁有同樣璀璨的未來?！詮墓?50年被發(fā)明以來，電池已經(jīng)走過了一段漫長的旅程。

電池是一項(xiàng)偉大的發(fā)明，擁有精彩而悠久的歷史，也將擁有

電池，從本質(zhì)上來說，就是一種能夠?qū)?chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備?；旧?，電池就是一個(gè)小型化學(xué)反應(yīng)器，通過反應(yīng)產(chǎn)生高能電子，用以注入外部設(shè)備之中。電池出現(xiàn)的時(shí)間之早超出了我們的想象。1938年，巴格達(dá)博物館主任在該博物館的地下室中，找到了現(xiàn)在被稱為"巴格達(dá)電池"的原始電池。分析表明，這一原始電池可以追溯到公元前250年，屬于美索不達(dá)米亞文明時(shí)期的造物。這枚最早的電池引發(fā)了很多的爭論。對于它的用途，人們眾說紛紜，可能的假說包括用于電鍍，止痛或者是人們通過與之接觸時(shí)的刺痛感，來產(chǎn)生宗教體驗(yàn)。電池，從本質(zhì)上來說，就是一種能夠?qū)?chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為

美國發(fā)明家本杰明·富蘭克林在1749年首次使用了"Battery"這一詞語。當(dāng)時(shí)他使用了一組串聯(lián)的電容器來進(jìn)行電學(xué)實(shí)驗(yàn)。真正意義上的現(xiàn)代電池是由意大利物理學(xué)家AlessandroVolta于1800年發(fā)明的。他通過在一枚銅片和一枚鋅片中間夾上浸有鹽水的布片構(gòu)筑成一個(gè)小單元，再將這些小單元堆疊起來，就得到了"伏打電堆"。導(dǎo)線將電堆的兩端連接起來，就能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的電流。每一個(gè)小單元能夠產(chǎn)生0.76伏特（V）的開路電壓。通過將這些小單元串聯(lián)，我們能夠得到電壓相當(dāng)于每一個(gè)小單元電壓的總和。美國發(fā)明家本杰明·富蘭克林在1749年首次使鉛蓄電池是目前已知最持久的電池之一，它發(fā)明于1859年，現(xiàn)在仍然用于大多數(shù)內(nèi)燃機(jī)汽車的點(diǎn)火。它也是最早的可重復(fù)充電的電池。

▲汽車電池。

鉛蓄電池是目前已知最持久的電池之一，它發(fā)明于1一次電池vs充電電池

產(chǎn)生電流之后，有些電池的狀態(tài)無法逆轉(zhuǎn)，我們將這種電池稱為一次電池。當(dāng)反應(yīng)物之一消耗殆盡，這種電池便無法再使用了。最常見的一次電池是碳鋅電池。若電解質(zhì)為堿性，這種電池能更加持久耐用。這也就是我們通常在超市購買到的堿性電池。

▲我們在日常生活中常用的堿性電池。一次電池vs充電電池產(chǎn)生電流之后，有些電池的狀態(tài)

處理一次電池的難度在于，我們不能通過再次充電來回收利用這些電池。在電池大型化的的今天，回收利用變得愈發(fā)重要，并且頻繁地更換電池也不具備商業(yè)上的可行性。世界上最早的充電電池之一，鎳鎘電池，同樣使用的是堿性電解質(zhì)。在1989年，鎳氫電池（NiMH）發(fā)明，這種電池?fù)碛斜孺?鎘電池更長的壽命。這一類電池對于充電過量過熱十分敏感，因此充電功率應(yīng)當(dāng)控制在一個(gè)最大功率之下。不過設(shè)計(jì)精巧的控制器能夠使充電速度加快，我們也就不需要為了充電苦等幾個(gè)小時(shí)了?！潆婋姵啬軌蚨啻问褂?。處理一次電池的難度在于，我們不能通過再次充電來回收利充電電池的第一次飛躍：鋰離子電池

1980年，美國物理學(xué)教授John發(fā)明了一種新型的鋰電池。在這種鋰電池中，鋰能夠在電池中以鋰離子的形式，穿梭于兩個(gè)電極之間。

鋰是周期表中最輕的元素之一，同時(shí)擁有著極強(qiáng)的電化學(xué)勢，這兩點(diǎn)優(yōu)勢使得它能夠以最小的體積提供最高的電壓。而這一點(diǎn)正是鋰離子電池的基礎(chǔ)。在這種新電池中，鋰和過渡金屬（比如鈷，鎳，錳以及鐵）與氧的化合物作為陰極。在外加電壓之后，再次充電開始，帶正電的鋰離子從陰極遷移到石墨材料制成的陽極，重新變?yōu)榻饘黉?。因?yàn)榻饘黉囉兄鴺O強(qiáng)的電化學(xué)推動(dòng)力，所以金屬鋰極容易被氧化，它會(huì)遷移至陰極并再次成為鋰離子，將外層電子交給過渡金屬離子（比如鈷離子）。在這一循環(huán)中的電子移動(dòng)為我們提供了我們所需的電流。充電電池的第一次飛躍：鋰離子電池1980年，美國物充電電池的第二次飛躍：納米技術(shù)

在90年代，索尼生產(chǎn)了一種氧化鋰鈷電池（注：這也是第一款商用鋰離子電池），但是嚴(yán)重的"熱逸散"導(dǎo)致了很多這一型號的電池著火。如果這一問題無法得到解決，那么為了獲得更好的反應(yīng)活性，使用納米材料制作電池陰極的設(shè)想也就無從談起了。這一次，站出來的依然是John教授。他引入了一種由鋰、鐵以及磷酸鹽構(gòu)成的新的鋰離子電池陰極，這種穩(wěn)定的電極是電池技術(shù)的又一大飛躍。伴隨著新電池的不斷發(fā)展，很多新應(yīng)用也應(yīng)運(yùn)而生。從電動(dòng)工具到混合與電動(dòng)力汽車，我們都能夠找到鋰離子電池的影子，或許其中最重要的應(yīng)用，將是為住宅提供家用電能。充電電池的第二次飛躍：納米技術(shù)在90年代，索尼生產(chǎn)太陽能電池太陽能電池又稱為“太陽能芯片”或“光電池”，是一種利用太陽光直接發(fā)電的光電半導(dǎo)體薄片。它只要被光照到，瞬間就可輸出電壓及在有回路的情況下產(chǎn)生電流。在物理學(xué)上稱為太陽能光伏（Photovoltaic，photo光，voltaics伏特，縮寫為PV），簡稱光伏。太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。以光電效應(yīng)工作的薄膜式太陽能電池為主流，而以光化學(xué)效應(yīng)工作的實(shí)施太陽能電池則還處于萌芽階段。太陽能電池太陽能電池又稱為“太陽能芯片”或“光電池”，是一種▲太陽能電池電池前世今生課件2太陽能電池在我國的發(fā)展太陽能電池的應(yīng)用已從軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域進(jìn)入工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、通信、家用電器以及公用設(shè)施等部門，尤其可以分散地在邊遠(yuǎn)地區(qū)、高山、沙漠、海島和農(nóng)村使用，以節(jié)省造價(jià)很貴的輸電線路。但是在現(xiàn)階段，它的成本還很高，發(fā)出1kW電需要投資上萬美元，因此大規(guī)模使用仍然受到經(jīng)濟(jì)上的限制。市場上銷售的光伏電池主要是單晶硅為原料生產(chǎn)的。由于單晶硅電池生產(chǎn)能耗大，一些專家認(rèn)為現(xiàn)有單晶硅電池生產(chǎn)能耗大于其生命周期內(nèi)捕獲的太陽能，是沒有價(jià)值的。最樂觀的估計(jì)是需要10年左右時(shí)間，使用單晶硅電池所獲得的太陽能才能大于其生產(chǎn)所消耗的能量。而單晶硅是石英砂經(jīng)還原，融化后拉單晶得到的。生產(chǎn)過程能耗大，產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)多，環(huán)境污染嚴(yán)重。國外紛紛將其轉(zhuǎn)移到中國生產(chǎn)。我國各地大上單晶硅及單晶硅電池生產(chǎn)線。太陽能電池在我國的發(fā)展太陽能電池的應(yīng)用已從軍事領(lǐng)域、然而，我們不掌握光伏電池生產(chǎn)技術(shù)。單晶硅光伏電池生產(chǎn)技術(shù)雖然很成熟，然而還在不斷發(fā)展，其他各種光伏電池技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)。光伏電池的成本和光電轉(zhuǎn)換效率離真正市場化還有很大差距，光伏電池市場主要靠各國政府財(cái)政補(bǔ)貼。歐洲市場光伏發(fā)電補(bǔ)貼高達(dá)每度電1元以上。今后，要使光伏電池大規(guī)模應(yīng)用，必須不斷改進(jìn)光伏電池效率和生產(chǎn)成本，在這個(gè)過程中，生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品會(huì)不斷更新?lián)Q代。其更新?lián)Q代周期短，僅3－5年。光伏電池生產(chǎn)企業(yè)投資大，回收周期長，由于技術(shù)更新快，國內(nèi)企業(yè)，如果不掌握技術(shù)，及時(shí)更新技術(shù)，就會(huì)很快被淘汰，很可能不能收回投資。但是，從長遠(yuǎn)來看，隨著太陽能電池制造技術(shù)的改進(jìn)以及新的光—電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)明，各國對環(huán)境的保護(hù)和對再生清潔能源的巨大需求，太陽能電池仍將是利用太陽輻射能比較切實(shí)可行的方法，可為人類未來大規(guī)模地利用太陽能開辟廣闊的前景。然而，我們不掌握光伏電池生產(chǎn)技術(shù)。單晶硅光伏電池生產(chǎn)

▲科學(xué)家研制出來微生物燃料電池

到了今天，生物電池技術(shù)正在高速發(fā)展到了今天，生物電池技術(shù)正在高速發(fā)展生物電池(bio-fuel

cells)

是指將生物質(zhì)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置(生物質(zhì)蘊(yùn)涵的能量絕大部分來自于太陽能，是綠色植物和光合細(xì)菌通過光合作用轉(zhuǎn)化而來的)。從原理上來講，生物質(zhì)能能夠直接轉(zhuǎn)化為電能主要是因?yàn)樯矬w內(nèi)存在與能量代謝關(guān)系密切的氧化還原反應(yīng)。這些氧化還原反應(yīng)彼此影響，互相依存，形成網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行生物的能量代謝。

生物電池(bio-fuel

cells)

一、按場所的不同1、單步反應(yīng)型生物電池，指利用生物體內(nèi)的氧化還原物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)制成的生物電池。2、多步反應(yīng)型生物電池，指生物體外的氧化還原物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)制成的生物電池。3、細(xì)胞型生物電池，指生物體細(xì)胞外的氧化還原物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)制成的生物電池。

它們的主要差別是反映場所不同。分別是"于生物體內(nèi)"，"于生物體外"以及"與生物體細(xì)胞外"。

分類一、按場所的不同分類二、按催化劑的來源1、微生物電池利用微生物將有機(jī)物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能2、酶電池酶電池通常使用葡萄糖作為反應(yīng)原料。普遍使用的以葡萄糖為燃料的酶電池是模仿線粒體的反應(yīng)機(jī)構(gòu)而制成的，線粒體是以葡萄糖為燃料的酶電池的理想模型。

二、按催化劑的來源▲用微生物中的芽孢桿菌來處理尿液，它會(huì)產(chǎn)生氨氣，以氨氣作為微生物電池的電極活性物質(zhì)，這樣既處理了尿液，又得到了電能。電池前世今生課件2

與傳統(tǒng)的化學(xué)電池相比，生物電池具有操作上和功能上的優(yōu)勢：

1.它將底物直接轉(zhuǎn)化為電能，保證了具有高的能量轉(zhuǎn)化效率。（據(jù)說生物電池的效率近乎100%）2.不同于現(xiàn)有的生物能處理，生物燃料電池能在常溫常壓甚至是低溫的環(huán)境條件下都能夠有效運(yùn)作，電池維護(hù)成本低，安全性強(qiáng)。3.生物燃料電池不需要進(jìn)行廢氣處理，因?yàn)樗a(chǎn)生的廢氣的主要組分是二氧化碳。4.生物燃料電池具有生物相容性，利用人體內(nèi)的葡萄糖和氧為原料的生物燃料電池可以直接植入人體5.在缺乏電力基礎(chǔ)設(shè)施的局部地區(qū)，生物燃料電池具有廣泛應(yīng)用的潛力。與傳統(tǒng)的化學(xué)電池相比，生物電池具有操作上和功能上的優(yōu)勢：

主要用途燃料結(jié)構(gòu)使用生物燃料電池，1L糖類物質(zhì)（葡萄糖等）的濃溶液氧化產(chǎn)生的電能可提供一輛中型汽車行駛25-30Km，如果汽車的油箱為50L的話，裝滿后可連續(xù)行駛1000Km而不需要再補(bǔ)充能源。這樣，一方面可以控制因化石燃料燃燒導(dǎo)致的空氣污染問題，另一方面還可避免因發(fā)生交通事故而引發(fā)的汽油起火燃燒甚至是爆炸。污水處理2005年，美國賓夕法尼亞大學(xué)的研究小組宣布，已成功研制一種新型的微生物電池?？梢詫⑽刺幚磉^的污水，通過微生物降解，轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵉乃碗娔?。能量支?005年，日本東北大學(xué)研究小組新開發(fā)出一種利用血液中的糖分發(fā)電的生物電池。這樣的生物電池可為植入糖尿病患者體內(nèi)的測定血糖值的裝置提供充足電量、為心臟起搏器提供能量。

主要用途

機(jī)器人應(yīng)用2001年，英國西英格蘭大學(xué)的科學(xué)家們研制出了一種名為“Slugbot”的機(jī)器人，用于搜捕危害種植業(yè)的鼻涕蟲放在一容器中，在酶的作用下將其轉(zhuǎn)化為電能。2000年美國南佛羅里達(dá)大學(xué)科學(xué)家研制出一種可使用肉類食物補(bǔ)充能量的機(jī)器人。這種機(jī)器人體內(nèi)裝備一塊微生物燃料電池，為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)和工作提供動(dòng)力。這種關(guān)于機(jī)器人的設(shè)想還有很多，比如在機(jī)器人體內(nèi)安裝一塊微生物電池，讓機(jī)器人和人類一樣可以“吃飯”，并將“吃”下的食物（或富含能量的東西）通過微生物電池轉(zhuǎn)化成電能提供給機(jī)器人。這種技術(shù)主要被用于高擬態(tài)機(jī)器人（與人類有極高相似度的機(jī)器人）、野外探險(xiǎn)機(jī)器人、和軍用機(jī)器人。在航空航天上的應(yīng)用為處理密閉的宇宙飛船里宇航員排出的尿液，美國宇航局設(shè)計(jì)了一種新型生物電池。用微生物中的芽孢桿菌來處理尿液，生成氨氣，以氨氣作為微生物電池的電極活性物質(zhì)。這樣既處理了尿液，又得到了電能。一般在宇航條件下，平均每天可得到47瓦電力。

機(jī)器人應(yīng)用

▲用微生物燃料電池處理廢水電池前世今生課件2

在不久前，英國和美國的科學(xué)家們正在研究利用糞便里的細(xì)菌做為新型生物能電池，為手機(jī)、平板計(jì)算機(jī)等電子產(chǎn)品提供穩(wěn)定、耐久的電力來源。據(jù)悉，英國東安格利亞大學(xué)、倫敦大學(xué)以及美國的太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家們正在合作展開研究，探索糞便中希瓦氏菌細(xì)胞中電子交換的方式。領(lǐng)銜此次研究的科學(xué)家巴特(JuleaButt)教授表示，希瓦氏菌呼吸的時(shí)候會(huì)送出電荷。在合適的條件下，人類可以利用希瓦氏菌送出體外的電荷，做出小且耐用的電池。據(jù)了解，由于環(huán)保新穎，該技術(shù)已經(jīng)引起了很多廠商的關(guān)注，許多業(yè)內(nèi)人士都表示期待。這就是意味著以后的手機(jī)可以靠糞便來驅(qū)動(dòng)了？在不久前，英國和美國的科學(xué)家們正在研究利用糞便里的細(xì)

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電池的前世今生公共衛(wèi)生學(xué)院預(yù)防醫(yī)學(xué)144班組員：陸明皓羅澤延麥偉文莫秋彬羅文照王建英電池的前世今生公共衛(wèi)生學(xué)院預(yù)防醫(yī)學(xué)144班

電池是一項(xiàng)偉大的發(fā)明，擁有精彩而悠久的歷史，也將擁有同樣璀璨的未來。▲自從公元前250年被發(fā)明以來，電池已經(jīng)走過了一段漫長的旅程。

電池是一項(xiàng)偉大的發(fā)明，擁有精彩而悠久的歷史，也將擁有

電池，從本質(zhì)上來說，就是一種能夠?qū)?chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備。基本上，電池就是一個(gè)小型化學(xué)反應(yīng)器，通過反應(yīng)產(chǎn)生高能電子，用以注入外部設(shè)備之中。電池出現(xiàn)的時(shí)間之早超出了我們的想象。1938年，巴格達(dá)博物館主任在該博物館的地下室中，找到了現(xiàn)在被稱為"巴格達(dá)電池"的原始電池。分析表明，這一原始電池可以追溯到公元前250年，屬于美索不達(dá)米亞文明時(shí)期的造物。這枚最早的電池引發(fā)了很多的爭論。對于它的用途，人們眾說紛紜，可能的假說包括用于電鍍，止痛或者是人們通過與之接觸時(shí)的刺痛感，來產(chǎn)生宗教體驗(yàn)。電池，從本質(zhì)上來說，就是一種能夠?qū)?chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為

美國發(fā)明家本杰明·富蘭克林在1749年首次使用了"Battery"這一詞語。當(dāng)時(shí)他使用了一組串聯(lián)的電容器來進(jìn)行電學(xué)實(shí)驗(yàn)。真正意義上的現(xiàn)代電池是由意大利物理學(xué)家AlessandroVolta于1800年發(fā)明的。他通過在一枚銅片和一枚鋅片中間夾上浸有鹽水的布片構(gòu)筑成一個(gè)小單元，再將這些小單元堆疊起來，就得到了"伏打電堆"。導(dǎo)線將電堆的兩端連接起來，就能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的電流。每一個(gè)小單元能夠產(chǎn)生0.76伏特（V）的開路電壓。通過將這些小單元串聯(lián)，我們能夠得到電壓相當(dāng)于每一個(gè)小單元電壓的總和。美國發(fā)明家本杰明·富蘭克林在1749年首次使鉛蓄電池是目前已知最持久的電池之一，它發(fā)明于1859年，現(xiàn)在仍然用于大多數(shù)內(nèi)燃機(jī)汽車的點(diǎn)火。它也是最早的可重復(fù)充電的電池。

▲汽車電池。

鉛蓄電池是目前已知最持久的電池之一，它發(fā)明于1一次電池vs充電電池

產(chǎn)生電流之后，有些電池的狀態(tài)無法逆轉(zhuǎn)，我們將這種電池稱為一次電池。當(dāng)反應(yīng)物之一消耗殆盡，這種電池便無法再使用了。最常見的一次電池是碳鋅電池。若電解質(zhì)為堿性，這種電池能更加持久耐用。這也就是我們通常在超市購買到的堿性電池。

▲我們在日常生活中常用的堿性電池。一次電池vs充電電池產(chǎn)生電流之后，有些電池的狀態(tài)

處理一次電池的難度在于，我們不能通過再次充電來回收利用這些電池。在電池大型化的的今天，回收利用變得愈發(fā)重要，并且頻繁地更換電池也不具備商業(yè)上的可行性。世界上最早的充電電池之一，鎳鎘電池，同樣使用的是堿性電解質(zhì)。在1989年，鎳氫電池（NiMH）發(fā)明，這種電池?fù)碛斜孺?鎘電池更長的壽命。這一類電池對于充電過量過熱十分敏感，因此充電功率應(yīng)當(dāng)控制在一個(gè)最大功率之下。不過設(shè)計(jì)精巧的控制器能夠使充電速度加快，我們也就不需要為了充電苦等幾個(gè)小時(shí)了?！潆婋姵啬軌蚨啻问褂谩Ｌ幚硪淮坞姵氐碾y度在于，我們不能通過再次充電來回收利充電電池的第一次飛躍：鋰離子電池

1980年，美國物理學(xué)教授John發(fā)明了一種新型的鋰電池。在這種鋰電池中，鋰能夠在電池中以鋰離子的形式，穿梭于兩個(gè)電極之間。

鋰是周期表中最輕的元素之一，同時(shí)擁有著極強(qiáng)的電化學(xué)勢，這兩點(diǎn)優(yōu)勢使得它能夠以最小的體積提供最高的電壓。而這一點(diǎn)正是鋰離子電池的基礎(chǔ)。在這種新電池中，鋰和過渡金屬（比如鈷，鎳，錳以及鐵）與氧的化合物作為陰極。在外加電壓之后，再次充電開始，帶正電的鋰離子從陰極遷移到石墨材料制成的陽極，重新變?yōu)榻饘黉嚒Ｒ驗(yàn)榻饘黉囉兄鴺O強(qiáng)的電化學(xué)推動(dòng)力，所以金屬鋰極容易被氧化，它會(huì)遷移至陰極并再次成為鋰離子，將外層電子交給過渡金屬離子（比如鈷離子）。在這一循環(huán)中的電子移動(dòng)為我們提供了我們所需的電流。充電電池的第一次飛躍：鋰離子電池1980年，美國物充電電池的第二次飛躍：納米技術(shù)

在90年代，索尼生產(chǎn)了一種氧化鋰鈷電池（注：這也是第一款商用鋰離子電池），但是嚴(yán)重的"熱逸散"導(dǎo)致了很多這一型號的電池著火。如果這一問題無法得到解決，那么為了獲得更好的反應(yīng)活性，使用納米材料制作電池陰極的設(shè)想也就無從談起了。這一次，站出來的依然是John教授。他引入了一種由鋰、鐵以及磷酸鹽構(gòu)成的新的鋰離子電池陰極，這種穩(wěn)定的電極是電池技術(shù)的又一大飛躍。伴隨著新電池的不斷發(fā)展，很多新應(yīng)用也應(yīng)運(yùn)而生。從電動(dòng)工具到混合與電動(dòng)力汽車，我們都能夠找到鋰離子電池的影子，或許其中最重要的應(yīng)用，將是為住宅提供家用電能。充電電池的第二次飛躍：納米技術(shù)在90年代，索尼生產(chǎn)太陽能電池太陽能電池又稱為“太陽能芯片”或“光電池”，是一種利用太陽光直接發(fā)電的光電半導(dǎo)體薄片。它只要被光照到，瞬間就可輸出電壓及在有回路的情況下產(chǎn)生電流。在物理學(xué)上稱為太陽能光伏（Photovoltaic，photo光，voltaics伏特，縮寫為PV），簡稱光伏。太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。以光電效應(yīng)工作的薄膜式太陽能電池為主流，而以光化學(xué)效應(yīng)工作的實(shí)施太陽能電池則還處于萌芽階段。太陽能電池太陽能電池又稱為“太陽能芯片”或“光電池”，是一種▲太陽能電池電池前世今生課件2太陽能電池在我國的發(fā)展太陽能電池的應(yīng)用已從軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域進(jìn)入工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、通信、家用電器以及公用設(shè)施等部門，尤其可以分散地在邊遠(yuǎn)地區(qū)、高山、沙漠、海島和農(nóng)村使用，以節(jié)省造價(jià)很貴的輸電線路。但是在現(xiàn)階段，它的成本還很高，發(fā)出1kW電需要投資上萬美元，因此大規(guī)模使用仍然受到經(jīng)濟(jì)上的限制。市場上銷售的光伏電池主要是單晶硅為原料生產(chǎn)的。由于單晶硅電池生產(chǎn)能耗大，一些專家認(rèn)為現(xiàn)有單晶硅電池生產(chǎn)能耗大于其生命周期內(nèi)捕獲的太陽能，是沒有價(jià)值的。最樂觀的估計(jì)是需要10年左右時(shí)間，使用單晶硅電池所獲得的太陽能才能大于其生產(chǎn)所消耗的能量。而單晶硅是石英砂經(jīng)還原，融化后拉單晶得到的。生產(chǎn)過程能耗大，產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)多，環(huán)境污染嚴(yán)重。國外紛紛將其轉(zhuǎn)移到中國生產(chǎn)。我國各地大上單晶硅及單晶硅電池生產(chǎn)線。太陽能電池在我國的發(fā)展太陽能電池的應(yīng)用已從軍事領(lǐng)域、然而，我們不掌握光伏電池生產(chǎn)技術(shù)。單晶硅光伏電池生產(chǎn)技術(shù)雖然很成熟，然而還在不斷發(fā)展，其他各種光伏電池技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)。光伏電池的成本和光電轉(zhuǎn)換效率離真正市場化還有很大差距，光伏電池市場主要靠各國政府財(cái)政補(bǔ)貼。歐洲市場光伏發(fā)電補(bǔ)貼高達(dá)每度電1元以上。今后，要使光伏電池大規(guī)模應(yīng)用，必須不斷改進(jìn)光伏電池效率和生產(chǎn)成本，在這個(gè)過程中，生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品會(huì)不斷更新?lián)Q代。其更新?lián)Q代周期短，僅3－5年。光伏電池生產(chǎn)企業(yè)投資大，回收周期長，由于技術(shù)更新快，國內(nèi)企業(yè)，如果不掌握技術(shù)，及時(shí)更新技術(shù)，就會(huì)很快被淘汰，很可能不能收回投資。但是，從長遠(yuǎn)來看，隨著太陽能電池制造技術(shù)的改進(jìn)以及新的光—電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)明，各國對環(huán)境的保護(hù)和對再生清潔能源的巨大需求，太陽能電池仍將是利用太陽輻射能比較切實(shí)可行的方法，可為人類未來大規(guī)模地利用太陽能開辟廣闊的前景。然而，我們不掌握光伏電池生產(chǎn)技術(shù)。單晶硅光伏電池生產(chǎn)

▲科學(xué)家研制出來微生物燃料電池

到了今天，生物電池技術(shù)正在高速發(fā)展到了今天，生物電池技術(shù)正在高速發(fā)展生物電池(bio-fuel

cells)

是指將生物質(zhì)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置(生物質(zhì)蘊(yùn)涵的能量絕大部分來自于太陽能，是綠色植物和光合細(xì)菌通過光合作用轉(zhuǎn)化而來的)。從原理上來講，生物質(zhì)能能夠直接轉(zhuǎn)化為電能主要是因?yàn)樯矬w內(nèi)存在與能量代謝關(guān)系密切的氧化還原反應(yīng)。這些氧化還原反應(yīng)彼此影響，互相依存，形成網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行生物的能量代謝。

生物電池(bio-fuel

cells)

一、按場所的不同1、單步反應(yīng)型生物電池，指利用生物體內(nèi)的氧化還原物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)制成的生物電池。2、多步反應(yīng)型生物電池，指生物體外的氧化還原物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)制成的生物電池。3、細(xì)胞型生物電池，指生物體細(xì)胞外的氧化還原物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)制成的生物電池。

它們的主要差別是反映場所不同。分別是"于生物體內(nèi)"，"于生物體外"以及"與生物體細(xì)胞外"。

分類一、按場所的不同分類二、按催化劑的來源1、微生物電池利用微生物將有機(jī)物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能2、酶電池酶電池通常使用葡萄糖作為反應(yīng)原料。普遍使用的以葡萄糖為燃料的酶電池是模仿線粒體的反應(yīng)機(jī)構(gòu)而制成的，線粒體是以葡萄糖為燃料的酶電池的理想模型。

二、按催化劑的來源▲用微生物中的芽孢桿菌來處理尿液，它會(huì)產(chǎn)生氨氣，以氨氣作為微生物電池的電極活性物質(zhì)，這樣既處理了尿液，又得到了電能。電池前世今生課件2

與傳統(tǒng)的化學(xué)電池相比，生物電池具有操作上和功能上的優(yōu)勢：

1.它將底物直接轉(zhuǎn)化為電能，保證了具有高的能量轉(zhuǎn)化效率。（據(jù)說生物電池的效率近乎100%）2.不同于現(xiàn)有的生物能處理，生物燃料電池能在常溫常壓甚至是低溫的環(huán)境條件下都能夠有效運(yùn)作，電池維護(hù)成本低，安全性強(qiáng)。3.生物燃料電池不需要進(jìn)行廢氣處理，因?yàn)樗a(chǎn)生的廢氣的主要組分是二氧化碳。4.生物燃料電池具有生物相容性，利用人體內(nèi)的葡萄糖和氧為原料的生物燃料電池可以直接植入人體5.在缺乏電力基礎(chǔ)設(shè)施的局部地區(qū)，生物燃料電池具有廣泛應(yīng)用的潛力。與傳統(tǒng)的化學(xué)電池相比，生物電池具有操作上和功能上的優(yōu)勢：

主要用途燃料結(jié)構(gòu)使用生物燃料電池，1L糖類物質(zhì)（葡萄糖等）的濃溶液氧化產(chǎn)生的電能可提供一輛中型汽車行駛25-30Km，如果汽車的油箱為50L的話，裝滿后可連續(xù)行駛1000Km而不需要再補(bǔ)充能源。這樣，一方面可以控制因化石燃料燃燒導(dǎo)致的空