目前人類文明發(fā)展所遭遇的很多問(wèn)題,本質(zhì)上都源自于能源危機(jī),而要解決能源危機(jī),有很多種不同的途徑,其中一條路就是革新儲(chǔ)能技術(shù)。
從某種角度來(lái)說(shuō),人類所面臨的能源危機(jī)并不是因?yàn)槟茉瓷伲俏覀儧](méi)有辦法把能源有效地儲(chǔ)存起來(lái)。我們都知道,太陽(yáng)能可以發(fā)電、風(fēng)能可以發(fā)電、水能也可以發(fā)電,而這些都是取之不盡用之不竭的,并且獲取這些能源也不會(huì)給環(huán)境帶來(lái)任何危害。既然有這許多清潔且無(wú)盡的能源,人類為什么還會(huì)陷入能源危機(jī)呢?
因?yàn)檫@些能源都是不可控的,陰天還是晴天,我們控制不了,風(fēng)大還是風(fēng)小,我們控制不了,同樣的,我們也沒(méi)有辦法讓豐水期一直維持下去。
這就導(dǎo)致了一個(gè)問(wèn)題,能源充沛的時(shí)候,我們用不了這么多的電,而我們需要用電的時(shí)候,可能自然條件又跟不上了。而要解決這一問(wèn)題,就只有一個(gè)辦法,就是把多余的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)。這似乎很簡(jiǎn)單,但實(shí)際上一點(diǎn)也不簡(jiǎn)單。要儲(chǔ)存多余的能量就需要電池,而現(xiàn)有的電池一方面儲(chǔ)電量有限,另一方面成本較高,況且這些電池的電極還會(huì)耗損,使用一段時(shí)間就要重新更換。
由此可見(jiàn),若是解決了儲(chǔ)能問(wèn)題,人類所面臨的能源危機(jī)便會(huì)在很大程度上得到緩解。
現(xiàn)在,一種新的儲(chǔ)能技術(shù)的出現(xiàn)讓我們看到了曙光,那就是液態(tài)金屬電池。無(wú)論是什么樣的電池,它的基本原理都是相同的,在放電的時(shí)候,負(fù)極的化合物分解為陽(yáng)離子和電子,電子通過(guò)外電路前往正極,同時(shí)為用電器供電,而陽(yáng)離子則通過(guò)電池內(nèi)部的電解質(zhì)前往正極,最終電子與陽(yáng)離子在正極重新匯合,并于正極的金屬物質(zhì)組合形成新的化合物。
在充電的時(shí)候,正極的金屬化合物分解,電子通過(guò)外電路回到負(fù)極,陽(yáng)離子通過(guò)內(nèi)部電解質(zhì)回到負(fù)極,最終在負(fù)極相遇重新組合。
對(duì)于一般的電池,比如現(xiàn)在廣泛使用的鋰電池而言,它在制造的過(guò)程中需要把電極材料一層一層組合起來(lái),而在充電和放電的過(guò)程中,鋰離子不斷在其中穿梭,時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)造成電極的損耗。但液態(tài)金屬電池不同,它擁有一個(gè)陶瓷的外殼,而內(nèi)部只需要裝上銻合金、鈣合金以及熔鹽電解質(zhì)就可以了。
是的,液態(tài)金屬電池并不需要繁瑣的組合過(guò)程,只需要把一應(yīng)材料裝進(jìn)外殼里就行了。
液態(tài)金屬電池在工作的時(shí)候會(huì)被加熱到500℃,此時(shí),電池內(nèi)部的一應(yīng)金屬物質(zhì)會(huì)全部熔化為液態(tài),由于各種物質(zhì)密度的差異,它們會(huì)像雞尾酒那樣自行產(chǎn)生分層結(jié)構(gòu),最上面和鈣合金,中間是熔鹽電解質(zhì),最下面則是銻合金。在放電的時(shí)候,鈣合金會(huì)分解為鈣離子和電子,電子通過(guò)外電路前往正極,鈣離子通過(guò)中間的熔鹽電解質(zhì)前往下方的液態(tài)銻合金之中,在下方正極相遇之后,會(huì)形成新的銻鈣合金。
充電時(shí),銻鈣合金分解,鈣離子和電子重新回到電池上方形成鈣合金。
液態(tài)金屬電池的優(yōu)勢(shì)非常明顯,無(wú)論是充電還是放電,它內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)都是單純的從合金到合金,所以不管充放電多少次,電極都不會(huì)損耗,也就是說(shuō)液態(tài)金屬電池是一次投入永久使用,一下就解決了儲(chǔ)能的成本問(wèn)題。但從技術(shù)層面來(lái)講,液態(tài)金屬電池似乎必將取代鋰電池,但現(xiàn)實(shí)情況要復(fù)雜得多。因?yàn)橐环N產(chǎn)品只有形成規(guī)?;a(chǎn),它的成本才能降下來(lái),液態(tài)金屬電池作為一種新技術(shù),在沒(méi)有形成規(guī)?;a(chǎn)之前,成本是很高的。在以往,有很多在科技上具有優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品都是因?yàn)闆](méi)能完成到規(guī)模化生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化而最終銷聲匿跡的。所以一種新技術(shù)能否取代舊技術(shù),除了本身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)之外,能夠被市場(chǎng)所接受也十分重要。
來(lái)源: 科學(xué)信仰
評(píng)論