新型電池與未來汽車

暢想未來汽車未來汽車動力新型電池未來汽車前瞻環(huán)保離開公路突破傳統(tǒng)人性化混合型動力電動汽車氫能源動力天然氣動力太陽能動力燃料電池鋰電池與固體電解質(zhì)其他電池暢想未來汽車未來汽車會是這樣的（視頻）：上海車展—大家眼中的未來汽車；未來汽車生活未來汽車是怎樣的呢？會飛？會潛水？還是…………未來的汽車生活又是怎樣的呢？別猜了，讓我們先來看看下面這兩段視頻吧，來看看大家眼中的未來汽車和汽車生活是怎樣的吧……上海車展-大家眼中的未來汽車未來汽車生活暢想未來汽車未來汽車會是這樣的（視頻）：科學(xué)家眼中的未來汽車（較長）未來的汽車速度非常快，一小時(shí)就能夠跑幾百公里，甚至幾千公里。你讓它開多少公里路，只要對汽車說一聲，汽車就會按你的吩咐去做（還是智能車）。未來的汽車有許多先進(jìn)的地方：汽車?yán)镉幸粯訓(xùn)|西（智能電腦），能控制汽車的方向盤。你只要說一聲到哪里，它就會自動帶你去哪里。它會操縱方向盤，不用你操心。到了那個(gè)地方，汽車就會自動停下，會自動發(fā)出“嘟嘟”的聲音，提醒你已經(jīng)到站了（當(dāng)然在路途中你還可以睡上一覺）。未來的汽車外形很漂亮。整輛汽車是黃色的。但是，你仔細(xì)一看，就會發(fā)現(xiàn)上面有一道道五顏六色的橫線，搭配得很均勻。汽車?yán)镉幸患|西，能使汽車有隱形的作用。怎么樣！未來的汽車神奇吧！這些只是那是毫無根據(jù)的瞎想，現(xiàn)在有了知識，可以科學(xué)的猜測了。暢想未來汽車環(huán)保（視頻）：美國首輛高級環(huán)保車由于燃燒汽油或柴油不可避免地產(chǎn)生污染，未來的汽車，可能不再是以汽油或是電力作為動力的燃料。要想絕對的環(huán)保，專家把動力的來源鎖定在了純粹的大自然中。在未來的汽車世界里，“風(fēng)”也可以作為汽車的原動力嗎？有這樣一款概念車，它是專門做成在冰上行駛的概念車，動力則是依靠風(fēng)力以較高的速度行駛。除了風(fēng)之外，專家們還在“水”上大做文章。一款以水變成水蒸氣后所釋放的熱量為動力的概念車，其百公里加速還只需4.3秒。更為奇特的是，一輛以“葉”為名稱的概念車，它所設(shè)想的動力系統(tǒng)是以光合作用為原理的。油箱里裝的不是燃料，取而代之的是一種叫做“藍(lán)細(xì)菌”的藍(lán)綠藻類原核生物，借此實(shí)現(xiàn)光合作用，再將二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣來供給動力。暢想未來汽車人性化（視頻）：汽車智能稱為未來新趨勢未來汽車的人性化并不是配置考慮周全那么簡單，而是徹底的智能化。智能終端能與駕駛者進(jìn)行人車交流，同時(shí)，它還以通過駕駛者說話的語氣和駕駛方式，察言觀色，判斷出駕駛者的心情，并為駕駛者提供建議。而有的概念車能夠識別駕駛者是否打盹、可以利用攝像機(jī)顯示為駕駛者探測到更立體的環(huán)境，甚至可以依照駕駛者的心情改變車身顏色和聲音，不僅人性，而且聰明。還不僅這些有的設(shè)計(jì)者在輪胎上做文章，當(dāng)行駛到越野模式時(shí)，輪胎就切換到金屬胎紋，使其能伸入泥濘道路獲得良好的抓地力。而在一般的公路上時(shí)，輪胎就自動讓膨脹的橡膠將金屬胎紋四周的空隙填滿，從而增大接地面積，增加舒適性。暢想未來汽車離開公路（視頻）：首輛飛行汽車首飛成功；未來飛行汽車對未來汽車的幻想應(yīng)達(dá)到何種程度，不僅有想象豐富的小說家、電影導(dǎo)演去刻畫其形象，設(shè)計(jì)師和工程師們則努力去將其變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。未來的汽車，一定不再拘泥于陸地的行駛，而是有更多的展現(xiàn)空間?？梢栽趬ι闲旭?，可以在水中行駛，甚至可以飛。首輛飛行汽車首飛成功未來飛行汽車暢想未來汽車突破傳統(tǒng)未來的汽車花樣翻新，除了一般適用和采用非汽油或柴油為燃料之外，還可能有新的特點(diǎn)和種類，如隱形汽車、零排放汽車、核動力汽車等。汽車動力技術(shù)的發(fā)展方向（田端祥久，未來車用燃料的選擇）節(jié)能與新能源汽車發(fā)展的技術(shù)途徑（余卓平，燃料電池汽車發(fā)展帶來的創(chuàng)新機(jī)遇）未來汽車動力混合型動力車（視頻）混合動力環(huán)保汽車報(bào)到[法語]混合動力車是指同時(shí)采用了電動機(jī)和內(nèi)燃機(jī)作為其動力裝置，通過控制系統(tǒng)使兩種動力裝置有機(jī)協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)最佳動力分配?；旌蟿恿ο到y(tǒng)具有良好的加速性，耗油量和CO2

的排放量只有內(nèi)燃機(jī)汽車的一半，排放氣體污染物降低到同類的10%左右，而且沒有電動車行駛里程的限制?；旌蟿恿κ峭ㄟ^換用不同的輔助動力，形成油－電、氣－電、電－電等各種不同動力的轉(zhuǎn)換，適應(yīng)從汽油、柴油到包含氫能燃料電池在內(nèi)的各種替代燃料。當(dāng)前，內(nèi)燃機(jī)混合動力轎車城市工況可節(jié)油40%左右，混合動力還為汽車排放控制提供了有效的新途徑?，F(xiàn)在有豐田的普銳斯等混合動力車。未來汽車動力混合型動力車未來的混合動力卻不是這樣的，那是將太陽能和蓄電池配合起來使用的一種動力。晚上回家只需暫時(shí)充上電（私家車）或者直接把車放在那個(gè)停車場里，第二天早上，出門時(shí)，車上安裝的太陽能電池板的自動追蹤裝置會自動尋找太陽光，進(jìn)行自我充電，充的這些電會邊用邊儲存。這樣在遇到雨天或是陰天，都可以保持車有電（見到過的使用太陽能電池的計(jì)算器——從不需要電池的計(jì)算器，有時(shí)這種計(jì)算器甚至沒有關(guān)閉按鈕。只要有足夠的光，這些計(jì)算器似乎就可以一直工作下去）。按混合動力汽車工作方式可以分為：串聯(lián)式混合動力汽車SeriesHybridElectricVehicle(SHEV)、并聯(lián)式混合動力電動汽車ParallelHybridElectricVehicle(PHEV)和混聯(lián)式（串、并聯(lián)式）混合動力電動汽車SplitHybridElectricVehicle(PSHEV).聯(lián)式電動汽車由發(fā)動機(jī)、電動/發(fā)電機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)三大動力總成組成。由于電動/發(fā)電機(jī)必然是裝在發(fā)動機(jī)的輸出軸上，才能起發(fā)動機(jī)飛輪和起動機(jī)的作用，也才能保持發(fā)動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)并進(jìn)行發(fā)電。兩種驅(qū)動方式的優(yōu)點(diǎn)在于車輛啟動停止時(shí)，只靠發(fā)電機(jī)帶動，不達(dá)到一定速度，發(fā)動機(jī)就不工作，因此，便能使發(fā)動機(jī)一直保持在最佳工況狀態(tài)，動力性好，排放量很低，而且電能的來源都是發(fā)動機(jī)，只需加油即可。串聯(lián)混合動力電動汽車原理未來汽車動力電動汽車（視頻）大眾汽車闡述未來電動汽車未來電動汽車是指以車載電源為動力，用電機(jī)驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車輛。由于對環(huán)境影響相對傳統(tǒng)汽車較小，其前景被廣泛看好，但當(dāng)前技術(shù)尚不成熟。該車工作原理可以概括為：蓄電池——電流——電力調(diào)節(jié)器——電動機(jī)——動力傳動系統(tǒng)——驅(qū)動汽車行駛。電動汽車的優(yōu)點(diǎn)是：它本身不排放污染大氣的有害氣體，即使按所耗電量換算為發(fā)電廠的排放，除硫和微粒外，其它污染物也顯著減少。電動汽車的困難是：目前蓄電池單位重量儲存的能量太少，還因電動車的電池較貴，又沒形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模，故購買價(jià)格較貴，至于使用成本，有些試用結(jié)果比汽車貴，有些結(jié)果僅為汽車的1/3，這主要取決于電池的壽命及當(dāng)?shù)氐挠?、電價(jià)格。從中國國情看，純電動汽車應(yīng)是大力推廣的發(fā)展方向，而混合動力作為大面積充電網(wǎng)絡(luò)還沒建立起來之前的過渡技術(shù)。未來汽車動力太陽能動力（視頻）太陽能汽車未來環(huán)保科技的完美體現(xiàn)在人們生活、工作中有廣泛的作用，最常見的就是太陽能水加熱器。另一個(gè)就是將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，大家所熟知的太空飛船上的電池板就是利用太陽能的(像美國發(fā)射的勇氣號和火星探測車上那長長的“翅膀”)。太陽能電池顧名思義是利用太陽能工作的。而太陽能熱電站的工作原理則是利用匯聚的太陽光，把水燒至沸騰變?yōu)樗魵?，然后?qū)動蒸氣輪帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電（小時(shí)候玩兒過放大鏡的人都知道螞蟻是怎樣被放大鏡燒死的，呵呵）。由于太陽能車不用燃燒化石燃料，所以不會放出有害物。太陽能汽車沒有發(fā)動機(jī)、驅(qū)動、變速箱等機(jī)械構(gòu)件，太陽能車的主體構(gòu)造是由電池板、儲電器和電機(jī)系統(tǒng)等三大結(jié)構(gòu)所組成，并利用光電效應(yīng)產(chǎn)生的電能及電子移動的原理，以太陽光電板（光電半導(dǎo)體薄片）接受太陽光線，由上層N型半導(dǎo)體跟P型半導(dǎo)體組合而成，當(dāng)太陽光子打在光電板上，就會造成上層正電往下層移動，下層的負(fù)電往上移動，而產(chǎn)生形成電流，只要控制流入電機(jī)的電流，便能產(chǎn)生動能，驅(qū)動汽車前進(jìn)。未來汽車動力太陽能動力在太陽能汽車上裝有密密麻麻像蜂窩一樣的裝置，它就是太陽能電池板。平常我們看到的人造衛(wèi)星上的鐵翅膀，也是一種供衛(wèi)星用電的太陽能電池板。太陽能電池依據(jù)所用半導(dǎo)體材料不同，通常分為硅電池、硫化鎘電池、砷化鎵電池等，其中最常用的是硅太陽能電池。

硅太陽能電池有圓形的、半圓形的和長方形的等幾種。在電池上有像紙一樣薄的小硅片。在硅片的一面均勻地?fù)竭M(jìn)一些硼，另一面摻入一些磷，并在硅片的兩面裝上電極，它就能將光能變成電能。

將光電池裝在汽車上，用它將太陽光不斷地變成電能作為驅(qū)動汽車運(yùn)動的動力,這種汽車就是新興起的太陽能汽車。太陽能汽車?yán)锰柲艿囊话惴椒?。在陽光下，太陽能光伏電池板采集陽光，并產(chǎn)生人們通用的電流。這種能量被蓄電池儲存并為以后旅行提供動力。或者直接提供給發(fā)動機(jī)也可以邊開邊蓄電。能量通過發(fā)動機(jī)控制器帶動車輪運(yùn)動，推動太陽能汽車前進(jìn)。美國普渡大學(xué)科學(xué)家QijieGuo在國際著名雜志《美國化學(xué)會志》[J.Am.Chem.Soc.,2010,132(49),pp17384–17386]發(fā)表文章稱，利用在溶液中的薄膜沉積法，使用低成本、來源廣泛、儲量非常豐富的銅鋅錫硫化合物（CZTSSe）材料，制成了新型太陽能電池，這種電池易于大規(guī)模生產(chǎn)且性能非常穩(wěn)定，其全域轉(zhuǎn)化效率高達(dá)7.2%，高于目前的同類太陽能電池，其轉(zhuǎn)化效率在未來還有很大的提升空間。太陽能汽車未來汽車動力太陽能動力太陽能，顧名思義只有見到太陽才會有能量，可陰天、下雨又咋辦？在這里不用考慮陰天下雨沒有太陽，因?yàn)檫@里會有安裝的“人造太陽”——可控核聚變裝置進(jìn)行發(fā)電?！叭嗽焯枴笔侵缚茖W(xué)家利用太陽核反應(yīng)原理——核聚變，為人類制造一種能提供能源的機(jī)器——人工可控核聚變裝置，科學(xué)家稱它為“全超導(dǎo)托克馬克試驗(yàn)裝置”（托卡馬克是“磁線圈圓環(huán)室”的俄文縮寫，又稱環(huán)流器。這是一個(gè)由封閉磁場組成的“容器”，像一個(gè)中空的面包圈，可用來約束電離子的等離子體）。核聚變反應(yīng)主要借助氫同位素。核聚變不會產(chǎn)生核裂變所出現(xiàn)的長期和高水平的核輻射，不產(chǎn)生核廢料，當(dāng)然也不產(chǎn)生溫室氣體，基本不污染環(huán)境。將核聚變產(chǎn)生的能量用能量轉(zhuǎn)化裝置將能量轉(zhuǎn)化為電能，供汽車?yán)?，或者貯存起來。所以，未來的汽車動力設(shè)計(jì)工作人員完全有可能將這種技術(shù)運(yùn)用于車上，這樣就可以再增強(qiáng)車的動力的同時(shí)，還可以為環(huán)保做出點(diǎn)事情。托克馬克未來汽車動力太陽能動力還記得威爾·史密斯主演的《機(jī)械公敵》么？想必大家對那個(gè)大型自動停車裝置記憶猶新吧（那應(yīng)該很是超前吧）！那是一種豎立式的停車場。它能將汽車豎起來安放，節(jié)約空間，而這些驅(qū)動停車設(shè)備的能源來源于太陽能，在將車豎起來的時(shí)候，車就開始充電。這個(gè)停車處有許多輛車，都是充好電或者是正在充電的，它可以認(rèn)為是古代的一種驛站，可以泊車，也可以讓車“休息”，這里有專門的工作人員看管，他們管理太陽能發(fā)電裝置以及時(shí)維修部分零件，或者將充電裝置與剛停到這兒的車連接起來，等待著下一位乘客來換車。豎立式停車裝置（這里有專門的管理人員管理）未來汽車動力氫能源動力（視頻）寶馬氫能汽車感受解析氫氣內(nèi)燃機(jī)汽車氫氣內(nèi)燃機(jī)汽車無CO、CO2和HC排放，僅排放微量的NOX(為汽油的1/10)，并可再用微量鉑族催化劑凈化。功率用增壓補(bǔ)償（福特U型氫內(nèi)燃機(jī)汽車）。制氫可有三種辦法：風(fēng)力發(fā)電－電解水制氫；天然氣重整制氫；煤氣化制氫。以下是寶馬一款氫能汽車的加油過程以及運(yùn)行解析，同學(xué)們感興趣的話可以點(diǎn)擊觀看。未來汽車動力氫能源動力——

氫燃料動力氫能源動力汽車是以氫分子作為原料，按照反應(yīng)式：2H2+O2→2H2O+483.67kJ計(jì)算氫的燃燒熱為12.09MJ／kg，大約是汽油燃燒熱的三倍。反應(yīng)產(chǎn)物是水，對環(huán)境沒有污染，所以人們把氫稱作干凈能源。所以，氫氣汽車中長期可能大量發(fā)展，日本有專家認(rèn)為可能會先于燃料電池汽車進(jìn)入市場。我國已有完整的制取、儲存氫氣的方法（圖9）。當(dāng)有多余電能的時(shí)候，用來電解水制氫，然后把氫存起來；當(dāng)需要電的時(shí)候，通過燃料電池這個(gè)裝置，可以再讓氫和氧相遇發(fā)出電。這樣整個(gè)過程中就只有水的生成和分解，以及伴隨的電荷的轉(zhuǎn)移，理論上效率可以達(dá)到80~90%。氫和電非常完美的形成一個(gè)整體。大容量電解槽氫氣儲罐群氫氣純化裝置大型制氫站H2我國已建成大型制氫設(shè)備未來汽車動力氫能源動力——

氫燃料動力+太陽能最近，日本有人把太陽能電池版與水電解槽連接在一起，電解部分的材料在產(chǎn)生氫氣一側(cè)使用鉬氧化鈷，產(chǎn)生氧氣一側(cè)則使用鎳氧化鈷，使用1m2太陽能電池板和100ml電解溶液，每小時(shí)可制作氫氣20升，純度為99.9%.電解水制氫、陽光催化光解水制氫、太陽能生物制氫（指生物質(zhì)通過氣化和微生物催化脫氫方法制氫）等等，當(dāng)然你也可以考慮用鹽酸和鋅反應(yīng)，如果你認(rèn)為你可以的話。這些方法在未來的世界里將變得非常容易。因?yàn)槲覀兊目茖W(xué)家以及同學(xué)們在不斷努力。美國Michigan州立大學(xué)H.TiTien教授應(yīng)用右圖裝置通過太陽能直接從海水中制氫。SunlinetTransitAngency用太陽能板吸收能量來制氫氣海水制氫的裝置示意圖可見光硒化鎘半導(dǎo)體鎳箔H2海水Fe2+，F(xiàn)e3+水溶液電解質(zhì)溶液美國Michigan州立大學(xué)H.TiTien教授的裝置未來汽車動力氫能源動力——

氫燃料動力+太陽能美國Michigan州立大學(xué)H.TiTien教授所應(yīng)用裝置的工作原理為當(dāng)可見光照射在硒化鎘半導(dǎo)體膜上時(shí)，電子被激發(fā)進(jìn)入導(dǎo)帶而留下空穴(低能級的電子空間)。在導(dǎo)帶中電子移動到金屬薄膜與海水之間表面上，水即被還原產(chǎn)生H2同時(shí)，空穴遷移到半導(dǎo)體與電解質(zhì)間的表面，來自Fe2+的電子填充空穴。鄒之光等（ZHIGANGZOU,JINHUAYE,KAZUHIROSAYAMA&HIRONORIARAKAWA，Nature414,625-627(December6,2001)）報(bào)導(dǎo)了通過金屬氧化物半導(dǎo)體催化下，由可見光無輻射直接裂解水制氫，下圖為原理示意?？梢姽鉄o輻射半導(dǎo)體催化裂解水制氫未來汽車動力天然氣動力包括CNG（壓縮天然氣）、LNG（液化天然氣）和LPG（液化石油氣）壓縮天然氣、液化天然氣是由天然氣經(jīng)過脫硫、脫烴和脫水等過程精制后壓縮或液化而成，在國際上技術(shù)成熟。LPG作為汽車燃?xì)庠缫言趪鴥?nèi)外推廣。動力系統(tǒng)構(gòu)造:壓縮天然氣（CNG）汽車燃料系統(tǒng)通常包括：天然氣氣瓶、減壓調(diào)壓器、各類閥門和管件、混合器（或者天然氣噴射裝置）、各類電控裝置等。CNG氣瓶是壓縮天然氣汽車的主要設(shè)備之一。氣瓶的設(shè)置和生產(chǎn)都由嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)控制。CNG車用氣瓶可以分為四類：第一類氣瓶是全金屬氣瓶，材料是鋼或鋁；第二類氣瓶采用金屬內(nèi)襯，外面用纖維環(huán)狀纏繞；第三類氣瓶采用薄金屬內(nèi)襯，外面用纖維完全纏繞；第四類氣瓶完全是由非金屬材料制成，例如玻璃纖維和碳纖維。天然氣汽車天然氣汽車燃燒系統(tǒng)未來汽車動力天然氣動力按照所使用天然氣燃料狀態(tài)的不同，天然氣汽車可以分為：壓縮天然氣（CNG）汽車、液化天然氣（LNG）汽車。壓縮天然氣（CNG）是一種無色透明、無味、高熱量、比空氣輕的氣體，主要成分是甲烷，由于組分簡單，易于完全燃燒，加上燃料含碳少，抗爆性好，不稀釋潤滑油，能夠延長發(fā)動機(jī)使用壽命。液化天然氣是指常壓下、溫度為?62℃的液體天然氣，儲存于車載絕熱氣瓶中。液化天然氣燃點(diǎn)高、安全性能強(qiáng)，適于長途運(yùn)輸和儲存。液化石油氣（LPG）是一種在常溫常壓下為氣態(tài)的烴類混合物，比空氣重，有較高的辛烷值，具有混合均勻、燃燒充分、不積碳、不稀釋潤滑油等優(yōu)點(diǎn)，能夠延長發(fā)動機(jī)使用壽命，而且一次載氣量大、行駛里程長。目前世界上使用較多的是壓縮天然氣汽車。按照燃料使用狀況的不同，天然氣汽車可分為：發(fā)動機(jī)只使用天然氣作為燃料的專用燃料天然氣汽車，既可以使用天然氣也可以使用汽油作為燃料的兩用燃料天然氣汽車和可以同時(shí)使用液體燃料和天然氣的雙燃料天然氣汽車。合成氣汽車合成氣由氫氣和一氧化碳組成，燃燒后排放水和二氧化碳，有微量CO、HC和NOx。燃燒速度是汽油的7.5倍，抗爆性好。采用合成氣，汽車熱效率可提高20%～40%，功率提高15%，燃耗降低30%，無尾氣凈化接近歐IV(這些指標(biāo)還應(yīng)驗(yàn)證，但效果是肯定的)，還可用微量的鉑催化劑凈化；與醇、醚相比，可簡化制造和減少設(shè)備，成本和投資更低。新型電池燃料電池燃料電池以富氫作燃料時(shí)，其制取過程中CO2排放比熱機(jī)少40%以上。燃料電池汽車與一般可充電電池、電動車不一樣。電動車行程短，如鉛酸蓄電池車行駛100km就需再充電，即使采用鎳氫電池、鋰電池也只能行駛200km，而燃料電池汽車可行駛450km。典型的是奔馳Necar4，最高時(shí)速145km/h，一次加燃料可行駛450km，功率70kw，可貯液氫5kg。隨著科技的進(jìn)步，曾經(jīng)困擾氫燃料電池發(fā)展的諸如安全性、氫燃料的貯存技術(shù)等問題已經(jīng)逐步攻克并不斷完善，然而成本問題依然是阻礙氫燃料電池車發(fā)展的最大瓶頸。但是，目前氫燃料電池的成本是普通汽油機(jī)的100倍，這個(gè)價(jià)格是市場所難以承受的。下面，我們就車用方式、燃料電池車的優(yōu)點(diǎn)、目前燃料電池技術(shù)難題以及工作原理四個(gè)方面進(jìn)行描述。各小節(jié)入口：⑴⑵⑶⑷車用方式燃料電池車的優(yōu)點(diǎn)工作原理技術(shù)難題新型電池燃料電池——車用方式燃料電池在在汽車上的使用已有兩種方式：其一是直接使用氫氣和氧氣反應(yīng)產(chǎn)生電能，其代表產(chǎn)品是“超越1號”，參見圖16b。設(shè)備主要包括燃料電池堆、液儲氫罐、電子驅(qū)動裝置、壓縮機(jī)等（參見下圖）。它的燃料電池堆相當(dāng)于一臺汽油機(jī)尺寸，其額定輸出功率為80kW，最大輸出功率為120kW，它可在?40℃低溫下起動，能產(chǎn)生125～200V電壓電能?？諝鈮嚎s機(jī)為燃料電池和催化燃燒器輸送氧氣。為減少熱傳導(dǎo)，在抽成真空的兩層不銹鋼殼體的特制儲氫罐殼體間，還裝有一些很薄的鋁箔，以減少熱輻射。盡管采用了這些措施，還是有少量的熱量傳給氫導(dǎo)致了氫的蒸發(fā)損失。另一種方式是攜帶能夠裂解出氫氣的物質(zhì)，先通過碳?xì)浠衔锂a(chǎn)生氫氣，再通過氫氣和氧氣反應(yīng)產(chǎn)生電能，它的代表產(chǎn)品是Necar5(newelectroniccar5#)。車用燃料電池及工作原理新型電池燃料電池——車用方式另外的例子是上海生產(chǎn)的燃料電池的大客車（下圖）。該車使用250MPa的高壓氫作為燃料，裝于樹脂材料制造的位于車頂上部的儲氫罐內(nèi)，由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動，后輪驅(qū)動。新型電池燃料電池——燃料電池車的優(yōu)點(diǎn)（視頻）日本的水燃料電池車第一、燃料電池車以氫為主要能源，燃燒后的生成物是水，不污染環(huán)境；第二、氫用一次能源制出，例如水、甲醇、乙醇等，與傳統(tǒng)汽油車相比，燃料電池汽車的燃料不僅來源豐富，而且還具有電能轉(zhuǎn)換率高、噪音低、排放低、駕駛操作性好的特點(diǎn)；第三、燃料電池車可以取消發(fā)動機(jī)和變速器，結(jié)構(gòu)緊湊，有利于汽車的布置；第四、由于氫的燃燒屬于冷燃燒，用氫氣作為燃料電池的燃料，不僅在能源轉(zhuǎn)變和更新方面優(yōu)于傳統(tǒng)技術(shù)，在克服溫室效應(yīng)方面也是一個(gè)有效途徑。純電動動力車輛由于受限于蓄電池技術(shù)，其推廣程度更大局限在微型特定用途車輛，燃料電池發(fā)動機(jī)雖然具有上述優(yōu)點(diǎn)，但是它還存在燃料來源必須是純氫氣，以氫氣作為能源的載體，而且由于氫氣來源及制取費(fèi)用較高，而且驅(qū)動系統(tǒng)采用就是傳統(tǒng)車輛的形式，在某種程度上限制了能源來源多元化（相比電作為載體），而且摒棄了電驅(qū)動系統(tǒng)所具有的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。以燃料電池為代表的燃料電池汽車，既具有氫燃料電池發(fā)動機(jī)的大部分優(yōu)點(diǎn)，又具有電驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，是未來清潔能源汽車發(fā)展的主要方向之一。新型電池燃料電池——目前燃料電池的技術(shù)難題（視頻）大眾汽車研制高溫燃料電池汽車燃料電池汽車尾氣排放少，有利于環(huán)保，但燃料電池價(jià)格極高。奔馳燃料電池成本3萬美元，整車價(jià)格是普通汽車的10倍。再加之全球鉑供應(yīng)量有限（每輛車需100g鉑），因此，燃料電池汽車目前還在探索階段。全球能源科技資金約12%投向了氫能燃料電池，很多關(guān)鍵技術(shù)得以突破，如：電池成本正降到100美元/千瓦。具體還存在以下一些問題：目前主要是采用傳統(tǒng)石化燃料制造氫，會產(chǎn)生一定的排放；全世界的加氫站稀缺，而且建設(shè)和維護(hù)也存在困難；難以保證安全運(yùn)送和儲存氫；目前大多數(shù)用富含氫元素的甲醇做燃料燃料電池車，會出現(xiàn)甲醇對許多油漆和密封零件具有腐蝕性，且高溫裂解裝置對車內(nèi)空間有一定的影響。新型電池燃料電池——工作原理（視頻）氫氧燃料電池工作原理燃料電池是一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。燃料電池實(shí)質(zhì)上是電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生器，它的燃料主要是氫氣。是將燃料中的化學(xué)能不經(jīng)燃燒而直接轉(zhuǎn)化為電能。反應(yīng)步驟為：經(jīng)氫氣和氧氣分別進(jìn)入陽極室和陰極室，擴(kuò)散到達(dá)催化層與質(zhì)子交換膜的界面，分別在催化劑作用下發(fā)生氧化和還原反應(yīng)。以慶氧燃料電池為例：電極反應(yīng)：?陽極，2H2→4H++4e；+陰極，4H++4e+O2→2H2O電池反應(yīng)：2H2+O2→2H2O更多內(nèi)容請點(diǎn)擊視頻。新型電池鋰電池與固體電解質(zhì)（視頻）豐田汽車開發(fā)鋰電池蓄電新技術(shù)下一代城市主要的公共交通工具需要更高能量密度的電池。迄今為止，鋰-空氣電池是最有希望的，因其比能量密度大，電動勢高達(dá)3.3~3.8V，高于鉛蓄電池。第一個(gè)具有Li│有機(jī)電解質(zhì)│空氣的鋰-空氣電極于1996年發(fā)明，隨后開展了較為深入的研究。人們認(rèn)為，在電池放電過程中發(fā)生下列反應(yīng)：2Li(s)+O2(g)

→Li2O2(s)和4Li(s)+O2(g)

→2Li2O(s)新型電池鋰電池與固體電解質(zhì)Li+結(jié)合形成Li2O2和Li2O沉積在O22-

和O2-形成的部位，而往往這些位點(diǎn)處于電極材料的孔內(nèi)部。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，產(chǎn)物增加，漸漸地將孔道堵塞，導(dǎo)致電極失活。因此在非水電解質(zhì)中，氣體擴(kuò)散電極的容量受可用的表面和用來儲存還原產(chǎn)物的孔體積限制，如果Li2O2和Li2O不能及時(shí)從電極的孔道內(nèi)除去，Li-空氣的高容量優(yōu)勢將大打折扣。在水溶液中O2的還原產(chǎn)物OH?是可溶的，但金屬Li在水中卻不穩(wěn)定，容易與水發(fā)生反應(yīng)，應(yīng)用金屬性的超離子導(dǎo)體玻璃膜（lithiumsuper-ionicconductorglassfilm，LISICON）將其覆蓋，既保證離子傳遞，又隔離了金屬與水的直接接觸，防止了Li與水的直接反應(yīng)，應(yīng)當(dāng)是一種解決方法。這一課題在電池領(lǐng)域成為研究熱點(diǎn)，然而更關(guān)心的問題是：這一思想能夠真正實(shí)現(xiàn)空氣中的O2連續(xù)不斷地還原嗎？若不行，問題在哪里？如何解決？鑒于此，使用非水電解質(zhì)溶液的（右圖）鋰電池，近年來受到廣泛重視。最早出現(xiàn)的鋰電池使用以下反應(yīng)：Li+MnO2=LiMnO2，該反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)。其中：正極上發(fā)生的反應(yīng)為：LiCoO2===Li（1-x）CoO2+xLi++xe-(充電時(shí))負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為:

6C+xLi++xe====LixC6

（放電時(shí)）電池總反應(yīng)：LiCoO2+6C=Li（1–x）CoO2+LixC6

鋰電池新型電池鋰電池與固體電解質(zhì)（視頻）車載鋰電池的解析鋰電池開發(fā)的重點(diǎn)是如何提高離子導(dǎo)體，或固體電解質(zhì)的導(dǎo)電性。固體電解質(zhì)又稱為超離子導(dǎo)體或快離子導(dǎo)體，它是一類離子導(dǎo)電性高的晶態(tài)、半晶態(tài)或非晶態(tài)新材料。導(dǎo)體有兩類：依靠自由電子導(dǎo)電的金屬導(dǎo)體，當(dāng)電流通過導(dǎo)體時(shí)，本身不發(fā)生任何化學(xué)變化。其電導(dǎo)率隨溫度升高而減小，稱之為第一類導(dǎo)體。另一類是電解質(zhì)導(dǎo)體，它們導(dǎo)電是依靠離子的運(yùn)動，因而導(dǎo)電時(shí)伴隨有物質(zhì)遷移，在相界面多有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，其電導(dǎo)率隨溫度升高而增大。第二類導(dǎo)體一般在液態(tài)物質(zhì)中離子具有較大的遷移速度，在電場作用下，其定向運(yùn)動才足以形成可察覺的電流。新型電池鋰電池與固體電解質(zhì)對中低溫氧化物燃料電池電解質(zhì)材料的研究情況來看，用稀土或堿土金屬摻雜的稀土元素氧化物（如CeO2）目前受到關(guān)注。Nassau等人發(fā)現(xiàn)室溫下非晶態(tài)LiNdO3的電導(dǎo)率比晶態(tài)LiNdO3高1020倍，認(rèn)為固體中Nd—O單元[NdO6]同磷酸根以頂角相連會降低結(jié)構(gòu)中的非橋氧數(shù)，并且[NdO6]的幾何尺寸大于[PO4]，因而含Nd2O5和Li2O都高的非晶材料有最佳的Li+電導(dǎo)率。組成為NaA(IV)2(PO4)3（A(IV)=Ge,Ti,Zr）的離子導(dǎo)體是雜多酸鹽單晶，也可以通過摻雜，將兩個(gè)相同的四價(jià)離子A(IV)改變?yōu)椴煌碾x子A(IV)、A′(IV)形成NaA(IV)A′(IV)(PO4)3。該晶胞主要由PO4四面體和AO6八面體通過共價(jià)鍵聯(lián)接形成[A2P3O12]?骨架，以此為基礎(chǔ)形成三維空間交互的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)格中有由O2?圍成的可容納陽離子位點(diǎn)，由于O2?排列位置不同，形成兩種對稱性不同的位點(diǎn)（M1、M2）如圖右。新型電池其他電池本章主要簡要地介紹核電池、銀鋅電池、太陽能電池以及超導(dǎo)電池，希望同學(xué)能夠簡要的了解其他種類電池的特點(diǎn)以及基本的原理。各小節(jié)入口：①②③④核電池銀鋅電池太陽能電池超導(dǎo)電池新型電池其他電池——核電池核電池用鈾環(huán)發(fā)生核裂變產(chǎn)生電。核電池壽命可以很長，一臺發(fā)動機(jī)只要生產(chǎn)的時(shí)候內(nèi)置一個(gè)核電池就可以用到此PPC報(bào)廢。而且可以給其他的外設(shè)供電。缺點(diǎn)：先是不安全，萬一發(fā)生核泄漏你就玩完了，除了小命不保還會危及旁人。如果電池發(fā)生故障，不能控制裂變反應(yīng)，你就等于手里拿了個(gè)原子彈（恐怖）?，F(xiàn)在的核武器都那么大，相信此電池的體積在近50年因該不會變小。根據(jù)愛因斯坦提出的E=mc2，這其中所蘊(yùn)藏的能量是十分誘人！核電池，又叫放射性同位素電池，它是通過半導(dǎo)體換能器將同位素在衰變過程中不斷地放出射線的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苤圃於?。人類第一次登月所使用的阿波羅11號飛船上，安裝了兩塊核電池，其功率為15瓦，所用燃料為钚－238。但是，阿波羅11號上的放射性同位素裝置是供飛船在太空過夜時(shí)取暖用的，也就是說它僅僅用于提供熱源。核電池分為高電壓型和低電壓型兩類。見下圖左、衛(wèi)星中應(yīng)用核電池，右、小型核電池新型電池其他電池——銀鋅電池該電池為堿性電池（見下圖），組成如下：以銀（多孔）為正極材料，以鋅（氧化鋅）為負(fù)極材料，其電解液為強(qiáng)堿性的氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液，用塑料、鋁合金或不銹鋼薄片做外殼封裝材料。電池反應(yīng)：2Ag+ZnO=Ag2O+Zn。商品銀鋅電池新型電池其他電池——太陽能電池（視頻）神州八號飛船太陽能帆板成功展開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)工作的濕式太陽能電池則還處于萌芽階段。太陽能電池廣泛應(yīng)用于宇航領(lǐng)域、電子產(chǎn)品以及節(jié)能環(huán)保型產(chǎn)品上。下面這段視頻是神州八號飛船太陽能帆板展開時(shí)的場景，從中可以看到航天器上的太陽能電池是怎樣的。新型電池其他電池——太陽能電池其工作原理，參見下圖。主要依賴將光能轉(zhuǎn)換成電能的稱之為光伏材料的物質(zhì)，能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)以晶體為例描述光發(fā)電過程。本征半導(dǎo)體晶體硅經(jīng)過摻雜磷或硼，可得N型或P型半導(dǎo)體，進(jìn)而形成P－N結(jié)。當(dāng)光照射電池時(shí)，有一部分光會被半導(dǎo)體材料吸收。這意味著吸收的光能將傳給半導(dǎo)體，能量會導(dǎo)致電子逸出，使它們可以自由流動，并且形成電場。通過調(diào)節(jié)或加工可以在晶體中形成一個(gè)或多個(gè)電場，迫使由光吸收并釋放的電子以一定方向流動。電子的流動形成電流，通過在光伏電池的頂部和底部安放金屬觸點(diǎn)，我們可以將電流引出來，以供使用。這個(gè)過程的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電子動能。太陽能電池工作原理新型電池其他電池——太陽能電池（視頻）科學(xué)家研發(fā)可折疊紙質(zhì)太陽能電池太陽能電池有很多種。按結(jié)晶狀態(tài)可分為結(jié)晶系薄膜式（包括單結(jié)晶形和多結(jié)晶形）和非結(jié)晶系薄膜式兩大類。按材料可分為硅薄膜形、化合物半導(dǎo)體薄膜形和有機(jī)膜形，而化合物半導(dǎo)體薄膜形又分為非結(jié)晶形(a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGe1-x:H等)、IIIA-VA族(GaAs,InP等)、