試論綠色化學(xué)在新能源電池中的應(yīng)用

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.