化学电源发展综述 (2).docx

化学电源的发展综述 摘要：本文综述了化学电源的发展历史及现状，概括了化学电源的发展基础，介绍了化学电源的特点、分类，总结电源发展热点，展望了化学电源应用的美好前景。 关键词：化学电源；发展历史；绿色化学电源；展望 随着信息技术的发展，通讯技术产品开发的日新月异，高能化学电源成为电子产品的原动力。电子技术、移动通讯事业的进步推动了电池产业和技术的高速发展，金属氢化物镍电池、锂电池等新型蓄电池系列不断商品化。电动车的发展促进了锌空气、锌镍、燃料等系列取得突破性进展【1】。随着科学技术的不断进步，新的电池系列越来越多。因而，化学电源是一门古老而又年轻的科学【2】。 1.化学电源的发展历史 化学电源又称电池，是一种能将化学能直接转变成电能的装置，它通过化学反应，消耗某种化学物质，输出电能。常见的电池大多是化学电源。它在国民经济、科学技术、军事和日常生活方面均获得广泛应用。 世界上第一个电池（伏打电池）是在1800年由意大利人Alessandro Volta发明的。这个电池由铜片和锌片交叠而成，中间隔以浸透盐水的毛呢。电池的发展史由1836年丹尼尔电池的诞生到1859年铅酸电池的发明，至1883年发明了氧化银电池，1888年实现了电池的商品化，1899年发明了镍-镉电池，1901年发明了镍-铁电池，进入20世纪后，电池理论和技术处于一度停滞时期。但在第二次世界大战之后，电池技术又进入快速发展时期。首先是为了适应重负荷用途的需要，发展了碱性锌锰电池，1951年实现了镍-镉电池的密封化。1958年Harris提出了采用有机电解液作为锂一次电池的电解质，20世纪70年代初期便实现了军用和民用。随后基于环保考虑，研究重点转向蓄电池。镍-镉电池在20世纪初实现商品化以后，在20世纪80年代得到迅速发展。 随着人们环保意识的日益增加，铅、镉等有毒金属的使用日益受到限制，因此需要寻找新的可代替传统铅酸电池和镍-镉电池的可充电电池。锂离子电池自然成为有力的候选者之一。1990年前后发明了锂离子电池。1991年锂离子电池实现商品化。1995年发明了聚合物锂离子电池，（采用凝胶聚合物电解质为隔膜和电解质）1999年开始商品化。现代社会电池的使用范围已经由40年代的手电筒、收音机、汽车、和摩托车的启动电源发展到现在的40-50种用途。小到从电子表手表、CD唱机、移动电话、MP4、MP5、照相机、摄影机、各种遥控器、剔须刀、手枪钻、儿童玩具等。大到从医院、宾馆、超市、电话交换机等场合的应急电源，电动工具、拖船、拖车、铲车、轮椅车、高尔夫球运动车、电动自行车、电动汽车、风力发电站用电池、导弹、潜艇和鱼雷等军用电池。还有可以满足各种特殊要求的专用电池等。电池已经成为人类社会必不可少的便捷能源。 2.化学电源的特点 2.1能量转换效率高 如果把化学电源与当今人类普遍利用获取电能的手段——火力发电相比较，其功率和规模确实远不及后者；然而就其能量转换效率而言，远远高于火力发电。从理论上讲可以达到100%。因为火力发电属于间接发电，能量转换环节多，受热机卡诺循环的限制，效率很低，约有60～70%的热量白白浪费。而化学电源是直接发电装置，以燃料电池为例，实际效率在60%以上，在考虑能量综合利用时其实际效率高于80%。 2.2污染相对较少 化学电源与通过直接燃烧石油、天然气、煤气获取能量方式相比，产生的环境污染少，这是它的又一特点。我们知道，随着工业生产的发展，能源的不合理使用，已经并且正在继续不断地加重着环境污染。石油、煤炭、天然气燃烧时会排出大量的SO2和气溶胶微粒。 面对着严重大气污染，人类发出“保护大气就是爱惜生命”的呼吁。为此世界各国正在积极研制电动汽车，以达到环保要求，现已有部分样车在运行。 2.3便于使用 化学电源的特点还在于具有可携带性、使用方便。可以做成适合不同工作需要的多种性能的装置，从而为一些用于特殊目的的设备提供电能，这是其它供电方式无法比拟的。 3.电池发展基础 3.1电池随社会的需求而出现，随着科技的进步而发展 电池虽然经历了两个世纪，然而在20世纪前几十年，电池理论和技术还处于停滞时期，直到上世纪50年代，家庭电器化特别是半导体收音机的出现才带动了干电池的发展。60年代半导体的普及，促进了纸板电池的发展。70年代LED、LCD和CMOSIC计算机的出现，促进了电池的微型化。90年代随着移动电话的出现出现了高能量密度锂离子电池以及MH/Ni电池的商业化。同样，电池随着航天航空的要求使以往设想的燃料电池达到实用化。 3.2电池的进步很大程度上取决于材料的进展 碱锰电池的兴起，得益于电解二氧化锰，这的确是为了电池的需求引起的。但MH/Ni电池的兴起，吸氢材料的研究开始并非为了电池的需要。锂离子电池的开发有赖于碳素的研究，而导电聚合物材料的研究有可能改