新能源電池技術(shù)的研究

陳如亮

【摘 要】通過(guò)對(duì)新能源電池的工作原理、特點(diǎn)和重要性進(jìn)行詳細(xì)闡述，結(jié)合國(guó)內(nèi)外新能源電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)改進(jìn)未來(lái)新能源電池技術(shù)的策略進(jìn)行了深入的探究，希望能夠提升新能源電池化學(xué)能的轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)推廣新型發(fā)電裝置的科學(xué)運(yùn)用，以期為引導(dǎo)新能源電池技術(shù)人員把握最新發(fā)展動(dòng)向，提升新能源電池技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】新能源；電池技術(shù)；轉(zhuǎn)化

近些年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展和人們環(huán)保節(jié)能意識(shí)的不斷加強(qiáng)，我國(guó)新能源電池技術(shù)的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大?，F(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展和能源需求的不斷增加，新能源電池技術(shù)的發(fā)展為緩解能源壓力提供了有效的借鑒。國(guó)家通過(guò)對(duì)推廣新能源電池技術(shù)進(jìn)行政策引導(dǎo)，既有利于降低我國(guó)能源建設(shè)的投入成本，解決我國(guó)的能源浪費(fèi)問(wèn)題，又能夠提升我國(guó)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，同時(shí)提升能源產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 新能源電池的工作原理和特點(diǎn)概述

1.1 新能源電池的工作原理

現(xiàn)階段新能源電池主要是一種不需要經(jīng)過(guò)燃燒即可直接通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的能夠連續(xù)發(fā)電的裝置。[1]新能源電池不受卡諾熱機(jī)循環(huán)的限制，其轉(zhuǎn)化過(guò)程不同于電解水產(chǎn)生氧、氫等氣體的化學(xué)反應(yīng)，而是類似于常規(guī)的化學(xué)原電池，包括電解質(zhì)、陰極和陽(yáng)極這三個(gè)部分，并且在電池的兩電極表面涂抹適當(dāng)?shù)碾姶呋瘎?。[2]新能源電池的工作方式最大的特點(diǎn)是通過(guò)電池外的輔助系統(tǒng)勻速地提供氧化劑和燃料，保持新能源電池工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性，確保新能源電池陽(yáng)極能夠通過(guò)化學(xué)反應(yīng)排出相應(yīng)的水，進(jìn)而保持新能源電池恒定的電解液濃度和工作溫度，高效排除新能源電池進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的廢熱，延長(zhǎng)新能源電池的使用壽命。除電池反應(yīng)的廢熱以維持電池工作溫度的恒定。

1.2 新能源電池的特點(diǎn)

新能源電池作為一種新型的發(fā)電技術(shù)，集環(huán)保、高效能、廣泛性、可操作性和可靠性等優(yōu)點(diǎn)于一體。新能源電池與傳統(tǒng)的電池發(fā)電相比，具有污染性小的特點(diǎn)，能夠防止因化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的廢熱污染，還能夠有效降低新能源電池發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲。新能源電池還能夠推動(dòng)化學(xué)能直接向電能的高效率轉(zhuǎn)化，省略了化學(xué)能向熱能的轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，有效克服了卡諾循環(huán)化學(xué)反應(yīng)的限制。新能源電池燃料的廣泛性，使得新能源電池化學(xué)反應(yīng)的燃料補(bǔ)充更為方便。比如可燃?xì)怏w的廣泛使用極大地改善了環(huán)境質(zhì)量。新能源電池結(jié)構(gòu)的可組裝性使得電池的輸出功率具有較強(qiáng)的可控性，優(yōu)化了電池設(shè)計(jì)和制造的相關(guān)環(huán)節(jié)，使其更加易于建設(shè)，具有較強(qiáng)的可靠性。應(yīng)急新能源電源地使用使得新能源電池的積木性很強(qiáng)，能夠通過(guò)靈活的方法實(shí)現(xiàn)不同功率、不同規(guī)格電池使用效能的最大提升。

1.3 推廣新能源電池應(yīng)用的重要性

現(xiàn)階段，由于我國(guó)的能源轉(zhuǎn)化技術(shù)不夠成熟，使得新能源電池技術(shù)未能得到充分有效地利用，新能源電池技術(shù)的利用率也相當(dāng)?shù)?，這很難滿足人們對(duì)電能資源的需求，不能為發(fā)電廠提供充足的復(fù)合能量，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能降耗、可持續(xù)發(fā)展的目的。因而，在進(jìn)行新能源電池技術(shù)的改善過(guò)程中，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)充分利用好高新技術(shù)產(chǎn)品，深入貫徹好科學(xué)發(fā)展觀和生態(tài)節(jié)能理念，進(jìn)而推動(dòng)新能源電池技術(shù)的發(fā)展和我國(guó)環(huán)境友好型、資源節(jié)約型城鎮(zhèn)建設(shè)的現(xiàn)代化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)生態(tài)中國(guó)的發(fā)展目標(biāo)。

2 世界新能源電池技術(shù)的研究與發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外新能源電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

新能源電池發(fā)電技術(shù)越來(lái)越受到世界各國(guó)工業(yè)化建設(shè)的重視，因而新能源電池技術(shù)的開(kāi)發(fā)具有較強(qiáng)的活躍性。美國(guó)是發(fā)展最快、起步最早的國(guó)家，其對(duì)新能源電池技術(shù)的開(kāi)發(fā)有著深厚的理論研究基礎(chǔ)，具有較好的發(fā)展歷程。[1]隨著一些亞洲國(guó)家在新能源電池技術(shù)開(kāi)發(fā)方面對(duì)人力、物力、財(cái)力方面的積極投入，在某種程度上推動(dòng)了新能源電池技術(shù)的研制開(kāi)發(fā)進(jìn)程。美國(guó)政府最先將以氫能為主要燃料的新能源電池作為維護(hù)國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的投資項(xiàng)目，并將氫能、燃料電池作為基礎(chǔ)的技術(shù)建設(shè)項(xiàng)目，推廣新能源電池的廣泛應(yīng)用。[2]韓國(guó)的新能源電池技術(shù)多運(yùn)用于移動(dòng)電話領(lǐng)域、交通運(yùn)輸領(lǐng)域等大型固定式的電池方面，并且在新能源電池研發(fā)路線圖的優(yōu)化方面獲得了比較大的成果，優(yōu)化了新能源電池的性能指標(biāo)。

2.2 我國(guó)新能源電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)對(duì)新能源電池的研究起步較晚，因而在研發(fā)過(guò)程中存在著一些不足之處。其中有關(guān)新能源電池的基本理論研究有待繼續(xù)深化和完善，與世界上先進(jìn)國(guó)家的新能源電池技術(shù)相比，還存在較大的差距。比如，新能源電池結(jié)構(gòu)有待優(yōu)化、新能源電池的燃料應(yīng)用范圍有待推廣，新能源電池技術(shù)裝置的關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)有待完善。此外，國(guó)內(nèi)參與新能源電池技術(shù)研究的機(jī)構(gòu)比較單一，且多集中于一些基礎(chǔ)性的研究，這在一定程度上限制了新能源電池技術(shù)的發(fā)展方向，不利于提升研究經(jīng)費(fèi)的利用率，提升研究人員的專業(yè)素質(zhì)。當(dāng)然，我國(guó)的新能源電池技術(shù)在催化劑方面的研究也取得了一定的成果，一些新能源電池成品逐漸在市場(chǎng)上推行試用。

3 未來(lái)新能源電池技術(shù)的改進(jìn)策略探究

3.1 推廣可再生燃料電池的應(yīng)用

可再生燃料電池作為新能源電池技術(shù)的一個(gè)種類，其工作原理是將電解池與燃料電池相結(jié)合，使其能夠在可再生燃料的電池狀態(tài)下產(chǎn)生有效的電能，進(jìn)而發(fā)揮電池內(nèi)部電解水的功效，使其能夠存儲(chǔ)氫氣和氧氣，在必要的時(shí)候充分發(fā)揮新能源燃料的作用，實(shí)現(xiàn)新能源電池的循環(huán)利用，進(jìn)而緩解能源壓力，提升可再生燃料電池的能量密度，擺脫放電深度的限制，降低對(duì)周邊環(huán)境的危害，有效發(fā)揮儲(chǔ)能系統(tǒng)和太陽(yáng)能電池的作用。在推廣可再生燃料電池的使用過(guò)程中，還應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮航空航天等飛行器上備用電源的環(huán)保和無(wú)自放電等優(yōu)點(diǎn)，為可再生燃料能源的可持續(xù)利用發(fā)揮重要的作用。這不僅有利于提高電池的使用效能，降低成本，還有利于優(yōu)化可再生燃料的水熱管理，延長(zhǎng)燃料電池的循環(huán)壽命。

3.2 構(gòu)造微生物燃料電池的發(fā)展模式

圖2 微生物燃料電池工作原理圖

為了優(yōu)化微生物燃料電池的結(jié)果構(gòu)造，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮微生物燃料的氧化作用，對(duì)微生物燃料電池的電路、質(zhì)子和交換膜等進(jìn)行優(yōu)化和深入研究，充分發(fā)揮氧化物在放電過(guò)程中的有效利用，這對(duì)減輕環(huán)境壓力具有十分重要的作用。技術(shù)人員在推廣微生物燃料電池的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)優(yōu)化生物修復(fù)、生物傳感器和廢水處理環(huán)節(jié)，提升環(huán)境中微生物氧化有機(jī)物的能力，實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢物的合理去除，在凈化周邊環(huán)境水質(zhì)的同時(shí)，還可以進(jìn)行發(fā)電，實(shí)現(xiàn)生物能量技術(shù)的革新和電池效能的有效發(fā)揮，因而對(duì)性能良好的微生物電催化劑體系進(jìn)行深入研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3.3 擴(kuò)大微型燃料電池的運(yùn)用范圍

現(xiàn)階段，為了實(shí)現(xiàn)微型燃料電池運(yùn)用范圍的不斷擴(kuò)大，技術(shù)人員可以嘗試開(kāi)發(fā)便于攜帶的微型燃料電池。這一方面能夠減少對(duì)周邊環(huán)境的污染，另一方面還能夠?qū)崿F(xiàn)電能容量的有效發(fā)揮，延長(zhǎng)供電設(shè)備的供電時(shí)間。比如推廣微型燃料電池在通話設(shè)備方面的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)通話的目的，推動(dòng)微型燃料電池朝著移動(dòng)式終端和環(huán)?；姆较虬l(fā)展，有效彌補(bǔ)電池中金屬管內(nèi)部氫的消耗，促進(jìn)供電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在新能源電池技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，電池行業(yè)應(yīng)當(dāng)積極倡導(dǎo)節(jié)約意識(shí)和循環(huán)利用精神，堅(jiān)持以人為本的生態(tài)節(jié)能理念，加強(qiáng)對(duì)新能源電池技術(shù)的專業(yè)培訓(xùn)和弘揚(yáng)節(jié)能設(shè)計(jì)的創(chuàng)新精神，進(jìn)而充分展示生態(tài)節(jié)能的獨(dú)特功能，優(yōu)化新能源電池的節(jié)能設(shè)計(jì)手段。這有利于實(shí)現(xiàn)我國(guó)電池發(fā)電技術(shù)行業(yè)新能源電池設(shè)計(jì)的規(guī)范化、節(jié)能化和低碳化。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉毅，武里軍.新世紀(jì)新能源電池技術(shù)探究[J].江蘇環(huán)境科技，2013（3）：40-42.

[2]陳允軒.淺析新能源電池技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀[J].平頂山學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（2）：79-83.

[責(zé)任編輯：劉展]