原电池的制作研究论文

地球，是人类共有的家园，是人类生命的摇篮；环境，是人类赖以生存的场所，是生活资料的来源。因此，保护环境的问题，显得尤为重要。在这个信息技术爆炸的时代，层出不穷的科技产品让人眼花缭乱。高科技产品逐渐普及，进入寻常百姓家。然而，在使用产品的同时，我们也在污染着我们的环境。生活中广泛使用的电池：手机、文曲星，照相机，mp3等等，造成了不可估量的环境污染就是其中的一个例子。电池中含有汞、铅、镍、锰等多种重金属，若不经过回收和妥善处理，而将其随意丢弃于自然环境之中，有毒物质便会慢慢从电池中溢出进入土壤或水体之中，再通过食物链入人体中，在人体内长期积累而难以排除，以致损害我们的神经系统，肾脏和骨骼，甚至还能致癌，而生活中，我们常常忽视废旧电池的处理环节。随着电子产品使用的日益增加，电池的消费量迅速增加，对于废旧电池的回收与处理问题自然成了突出的问题。我校在申请“绿色学校”时，专门设置了“可回收”与“不可回收”两种回收箱提醒我，我能为废旧电池回收做点什么？为此我开展了一系列调查。1、关于废旧电池回收难的原因调查。如何才能降低废旧电池对环境的污染，我认为回收废旧电池是关键。而在实际生活中有许多棘手的问题需要解决，其中最主要的是：1、市民缺乏环境意识，电池使用者过于分散，这是造成废旧电池回收难的重要原因。2、政府的宣传和执法力度不强，修理废旧电池技术有限是造成废旧电池处理难的重要原因。首先，对一则引人深思的信息的反思。我从《人民日报》中得知：一位以自费回收废旧电池而闻名的新乡市个体工商户田桂荣，于1999年，在一个偶然的机会，从报纸上发现废旧电池对环境造成的危害，这则消息对她的震动很大，她联想到自己销出的数不清的电池会破坏家乡秀美的山川，从此，回收废旧电池成了她的一项业务。刚一开始没有人主动来送，她就拿出自己做生意赚来的钱，以每节2分钱的价格自费收购，新乡市的中小学校、机关、商店等地，留下了田桂荣宣传保护环境回收废旧电池的身影。为了引起人们对废旧电池的关注，她自费制作了数千面印有“以旧换新、拯救地球”字样的绿色环保小旗以及200多个废旧电池回收箱，放在人多的公共场所。在她的不懈努力下，不少新乡市民加入到回收废旧电池的行列。两三年时间，田桂荣回收的废旧电池达60多吨。 然而让她意想不到的是，废旧电池的处理比回收更难。为了给这些固体污染物找一个理想的“归宿”，田桂荣四处奔波，先是找到当地一家电池厂，该厂技术负责人告诉她，从效益角度看，回收处理1节旧电池比生产3节新电池的成本还高，这家企业不愿干这件事。她又找到省、市环保部门，甚至专程到北京找有关部门咨询。但问来问去，得到的答复都是：“受技术条件限制，目前无法处理”。 一方面，她回收的废旧电池处理不成；但另一方面，市民们送来的废旧电池越来越多。没有办法，她只好一车一车地把废旧电池送到离市区十多公里的乡下老家。目前，她位于新乡县合河乡范岭村的老家那漂亮的两层楼房里，装有废旧电池的纺织袋从屋里堆到院子。 针对她的烦恼，记者采访了新乡市环保局副局长陈奇。这位领导认为，废旧电池中所含重金属污染严重，对此科研部门早有定论。但由于技术条件的限制，对废旧电池的回收、处理和再利用，目前还做得很不够。如果采用混凝土浇注填埋，也有一个选址、建厂的问题，还要进行防渗处理，这需要有充裕的经费支持。无独有偶，中央台在今年暑假也报道了另外一则与田桂荣情境完全相同的新闻。可见,市民缺乏环境意识，这是造成我国当前废旧电池污染问题的重要原因。而政府部门滞后的措施和缺乏应有的处理技术，是造成废旧电池污染问题的另一个重要原因。其次，对引人注目的现实的调查结果的反思。利用节假日，我对温州市区一些公共场所就 “对废旧电池的回收活动”进行调查。调查发现，尽管在温州市区的一些商场、社区和学校已经开展了对废旧电池的回收活动，但由于种种原因，成效不大，回收率仅为1%—2%。我做过以下问卷调查，内容包括年龄，职业，使用电池的态度等。此次活动共发放110份问卷，有效答卷90份。具体如下：年龄（岁） 10~20 20~30 30~40 40~45 45~55 55以上 人数 18 25 16 12 11 8 职业 学生 教育界 政府机关 企事业单位 服务业 其他 人数 38 8 2 16 14 12 使用率（平均一星期） 1~3节 3~5节 5~7节 7节以上 使用的电池（节） 83 4 2 1 购买电池的地方 超市 附近小店 路边小摊49 34 7对电池危害的认识 很大 一般 不大 不知道34 42 11 3此外，对本人居住小区附近的调查表明：有收购废旧电池习惯的有25人，对于听说过收购废旧电池活动的有15人。他们中对于开展这种活动的态度积极的有33人。这些数据表明，人们还没有完全形成回收旧电池的观念，有一部分人对于回收废旧电池的观念还不是很强，也可以说是环保意识还不强！其次，我们的政府部门也没有做好这方面的工作—对废旧电池的危害认识还不强，我们的宣传力度还不够。为了做更深入的研究，我针对消费者喜欢购买便宜电池的心态，对“便宜电池”的“便宜”亲身实验了一回：在一些商场的出租柜台或街头的小地摊上，常常会看到那些所谓的“便宜电池”，花个十元钱，你就可以随便买15、16节了。这个价格比品牌电池便宜多了，因此买得人也很多。凭着好奇心，我分别从商场买来“双鹿电池”和从地摊上买来“人人抢购”的便宜电池。在相同的时间里，分别进行放电实验。一天内，同样用于手电筒的放电，“双鹿电池”的电量还有剩余，而那个便宜电池的电量早就没了。结果表明，这些所谓的便宜货，其实并不是货真价实的。而消费者只看表面现象：便宜，不过本质：污染，人为地增加了废旧电池污染。因为：全国现在每年电池的消费量为140亿节，如果大量使用假冒伪劣的便宜电池，就会多增加两个140亿节的废旧电池！而在国家还没有妥善的办法处理之前，劣质电池购买越多，污染就会越严重。为此，我呼吁有关生产便宜电池的厂家应立即停止生产，多生产和开发出一些无污染且电量足的电池来！我提醒电池消费者：请购买无污染的电池，或者买个充电电池。调查表明：国产充电电池的价格为13元一只，进口的也只要15元一只。虽然价格高一些，但可以反复充电200次至500次，平均使用一次的价格每节只有几分钱，比便宜电池更为便宜，比普通的电池更持久，更耐用，更重要的是更有利于保护人类环境不受污染。不要为了一点“利益”而破坏环境，得不偿失啊！2、解决电池回收难的问题的几点建议：我们认为废旧电池回收问题的解决应该统筹兼顾：提高人们的环境意识是基础，制定完备的法律法规，加大有关政府部门的宣传和执法力度是保障，加速废旧电池资源再生利用技术的研究是重要条件等。具体做法如下，在公共场合，可适当粘贴一些警示语，提高人们对环境的保护，以尽量少地使用电池，还可开展一些关于回收废旧电池的公益活动，鼓励人们积极参与；政府部门应对那些制造便宜电池的厂商进行教育或者勒令他们停止生产；研制废旧电池再利用技术，通过科学技术，降低废旧电池的再生产利用的生产成本，提高经济效益，从而变废为宝。解决电池的问题，不是一朝一夕的事，更不是单单靠政府部门的努力的。这是我们大家的事！电池问题的解决，也就相当于在环保方面做出了努力。作为中学生，作为21世纪的主人，我们更应该树立环保意识，身体力行，积极加入环保行列，不做破坏环境之事，多做有益环境之事，从回收废旧电池开始，从不买劣质电池做起，为处理废旧电池努力，好好学习有关知识，争取早日研制出处理废旧电池的最佳方式乃至技术，为21世纪的地球，天蓝地绿水常清尽一份责任！最后，我想说的是，地球母亲在呼唤，世界人民在呼唤，社会大家庭在呼唤，为了你的家人，朋友，自己，保护环境，刻不容缓！关注环境，从解决废旧电池问题开始！

原电池 将化学能转变成电能的装置。所以，根据定义，普通的干电池、蓄电池、燃料电池都可以称为原电池。组成原电池的基本条件是：将两种活泼性不同的金属(或石墨)用导线连接后插入电解质溶液中。电流的产生是由于氧化反应和还原反应分别在两个电极上进行的结果。原电池中，较活泼的金属做负极(又称阳极)，较不活泼的金属做正极(又称阴极)。负极本身易失电子发生氧化反应，电子沿导线流向正极，正极上一般为电解质溶液中的阳离子得电子发生还原反应。在原电池中，外电路为电子导电，电解质溶液中为离子导电。利用原电池的原理，可制作干电池、蓄电池、高能电池等。 原电池中，可分为：一次电池，如干电池等一次性使用的；二次电池：可以反复充电使用的的蓄电池等，以及燃料电池。 原电池原理 以最简单的铜锌原电池为例: 正极:铜棒插在硫酸铜溶液中(形成了Cu2+/Cu氧化还原电对), 负极:锌棒插在硫酸锌溶液中,(形成了Zn2+/Zn氧化还原电对) 两个溶液之间用盐桥(氯化钾饱和溶液)连接,铜棒和锌棒之间用导线连接,这样就构成了原电池. 那么电子就会从负极流向正极,你要问的就是为什么电子要定向流动.不知道你学过标准电极电势的概念没有,这个值是可以通过实验测到的,由于单质锌和锌离子构成的氧化还原电对的标准电极电势比单质铜和铜离子构成的氧化还原电对的标准电极电势小是个负值(规定标准氢电极的电极电势是0),而铜电极是个正值,所以当用导线将两个电极连接起来时,由于两个电极之间电势差的存在,电子会从负极流向负极,而电流的方向是正极流向负极,与电子流动的方向相反,就像我们常说的水往低处流,就是由于高地势与低地势之间存在高度差(地势差),是个自发的过程. 利用标准电极电势还可以知道金属的活泼性,电极电势越小那么金属单质的活泼性越强,我们在化学课上学过,金属有个活动顺序表:钾,钙,钠,镁,铝,锌,铁,锡,铅,氢,铜,汞,银,铂,金;这个表就是根据标准电极电势的值来排列出来的,我们从这个表中可知在氢前的金属单质可以将氢从溶液当中置换出来,刚才说过规定标准氢电极的电极电势是0,所以在氢之前的金属与其阳离子构成的氧化还原电对的标准电极电势是小于0的,而在氢之后的金属其标准电极电势是大于0的. 参考资料：

1.电池回收的尴尬 当许多刚刚懂事的孩子，用小手小心翼翼地把电池放进电池回收箱之时，当北京百所大学联手回收电池的活动搞得如火如荼之时，当民间回收电池热情高涨，一对父女为回收电池，足迹遍布大半个中国、登世界屋脊捡电池赢得无数掌声之时，人们有没有想到，倾注无数人多年心血回收来的电池，都堆积在我国各个城市的某个角落里，几百吨上千吨的电池，默默地等待着处理，却无人理会它们。 在沉睡中腐烂 北京市从1998年开始回收废旧电池，废旧电池回收箱遍布全市。无论哪个回收点，只要回收的电池够了30公斤，打个电话，就会有车去把电池拉到集中存放地点。记者来到北京存放电池的二清集团，这里的一个垃圾站集中存放了几百吨的废旧电池，这些电池大都是一次性干电池，也有相当部分的充电电池。电池分装在七个集装箱中，已经占据了这个公司三分之一的非露天场地。废品站李站长从不同的集装中拿出一些电池，记者看到，这些电池已经开始腐烂了。就连最近收上来的电池，也表皮变软，渗出化学液体。 李站长说：“我们最发愁的是，这么多电池找不到下家！人家学生、市民辛辛苦苦地收集了送来，下边就没有人管了。这么堆放，什么时候是个头儿？这么多年，政府让我们回收电池，我们出车出人又出场地，可不能收上来就这么堆在这儿了呀！企业得讲经济效益。而且这么多电池集中在这儿，是不是也会威胁到工作人员的健康？”李站长说让记者给呼吁一下，赶紧给这些废旧电池找个“婆家”。记者问：“你认为谁来处理最合适？”李站长毫不犹豫地说：“谁污染，谁治理，生产一节电池，就应该交一份处理费！”不过，采访后，李站长还特地说：“要是没企业处理，我们还义务保存。” 网上公布了长长一串上海市回收旧电池的电活，网络满布全市。上海市集中回收电池的一位女士说，上海市3年来已经回收了100多吨旧电池，环保局说要等有条件的时候再处理；海口市环保部门有关负责人说，在无法处理这些回收上来的电池时，暂时存放在垃圾场比较安全的容器中；石家庄市有关部门对回收电池的热情很高，全市有1100个回收点，据说该市电池回收率是10%，高于全国大多数城市水平，目前石家庄的100多吨废旧电池都存放在密封的水泥箱中，里边还衬有塑料薄膜。 记者采访了许多城市的环保部门，都处于集中回收后的等待状况。 收还是不收——电池行业的激烈交锋 针对电池回收，我国电池行业有两派观点正在激烈争论。 一派认为集中回收一次性电池意义不大，在没有条件处理的情况下，集中回收会造成集中污染。一些专家认为，目前回收量最大的干电池，其主要成分是铁、锌、锰，还有微量的汞。这种电池汞含量不高，没有必要集中回收。铅酸蓄电池和对人体健康危害非常大的镍镉电池应该回收。高汞电池中的汞含量只有电池总量的千分之一，随垃圾填埋后，电池里的重金属进入填埋场渗液数量非常小，并不构成污染。而回收处理废旧电池成本过高，从经济角度看无利可图，何况在回收过程中还可能产生二次污染。 中国电池协会有关负责人说，目前我国的一次性干电池已经基本做到低汞化，正在迈向无汞化，随垃圾分散处理不会对环境产生威胁。更应该做的是从生产龙头上消灭污染，即实现无汞化。由于回收一性电池的费用很高，没有经济杠杆刺激企业来回收利用一次性电池，事情很难办。需要回收的是那些对环境污染大的充电电池及铅酸电池。一些专家还举例说目前一些发达国家也不集中回收一次性电池。 环保部门有关负责人认为，既然要达到无汞化，那么对一次性电池的回收不支持也不反对。这种观点，似乎是对目前我国民间回收电池巨大热情颇有意味的嘲讽。 另一种观点认为，无论哪类电池，都必须坚持回收。 这派观点的专家认为，虽然1997年我国轻工总会、国家经贸委等九部委联合发出《关于限制电池汞含量的规定》，要求电池制造企业逐步做到降低电池汞含量，2002年达到低汞水平，2005年达到无汞化。但我国的现状是，绝大部分民用电池是一次性电池，而且电池的无汞化进程并不乐观。据调查，目前我国1000多家电池生产企业中，在中国电池协会注册的仅300多家。虽然大电池企业生产的电池目前都做到了低汞化或无汞化，但大量小企业生产的电池还存在高汞现象。河北省干电池检验站高级工程师张虎说，目前我国电池含汞量参差不齐，有的质量非常好，小于百万分之一；有的极差，高于低汞电池标准的20倍，高于无汞电池标准一万倍。 记者了解到，我国目前能批量生产低汞无汞的大电池厂家还不到15%。不久前国家工商局对电池的一项调查显示，我国市场上的电池有20%达不到标准。所以，用已实现电池无汞化的发达国家不回收一次性电池的经验来套我国现实，还不合国情。有关专家认为电池中不仅汞会造成污染，锌、锰、镉、铅等随生活垃圾腐烂渗入地下，超过一定的限值，也会造成污染。这些有害物质随着食物链进入人体，极大威胁着人的健康。 目前我国垃圾处理方式水平较低，九五期间，我国垃圾年产生量为1.4万吨，处理率为63%，但真正做到无害化处理的不到10%。我国大中城市的近千座垃圾填埋场中，90%仍是简易堆放，这种原始的处理方式极容易造成大面积污染。把废旧电池与生活垃圾一同处理后患无穷。专家认为，大量旧电池都随着垃圾到垃圾场，也是一种集中，怎么就不可能产生污染？北京市政管委会有关负责人郑先生说，把废旧电池集中起来，等有了条件再处理，这样比分散更安全。 从资源利用的角度上，电池回收也得到许多专家的肯定。北京科技大学的曾平荣教授说，目前国内生产的电池中90%以上是干电池，不可能对环境无污染。而且，对这些电池不回收利用也是巨大的资源浪费。3000吨废旧电池可以回收杂锌锭141吨、冶金二氧化锰300吨、铁皮260吨、电解锌181吨、电解二氧化锰340吨、铁皮500吨，价值相当于国家开发两个中型矿山的费用，更何况这些都是不可再生的一次性资源。 我国目前年消费电池80亿只左右，平均回收效率还不到2%，99%都随生活垃圾一起进入了垃圾填埋厂。就是这2%，已经让管理部门处于尴尬处境。 企业不愿干处理废旧电池的赔本事 既然许多环保部门都认为应该谁污染谁治理，那么，从法理上应该承担废旧电池处理的企业怎么想呢？记者采访了一些电池企业。 北京金普电池有限公司有关负责人说，回收处理废旧电池，是赔本的事儿，因为技术设备都不配套，收回来不及时处理，也都烂了。而且，国家对回收处理电池也没有补贴，回收成本太高，现在是市场经济，企业怎么能干无效益的事儿？天津力神电池企业有关负责人说：“我们只卖电池，收电池不是我们的事。”大电池企业大都持以上观点，有的接电话之人甚至不知电池回收之事。 我国有名的废弃物处理公司大连东泰公司说，废旧电池的处理费用太高，做这事没有效益，没有国家优惠政策，谁干谁亏。 有人想当唐吉诃德 当大电池企业都对处理废旧电池不感兴趣时，民营的北京东华鑫馨劳务服务有限公司却建立起了我国第一个，目前也是惟一的一个废旧电池处理厂。 其董事长王自新有“环保狂人”之称。之所以“狂”，就是敢做别人不做之事。王自新在北京建立起了几百个废旧电池回收点，建立了废旧电池回收电话，以至于记者把电话一打到北京市环保局，人家立即就把王自新的电池回收热线电话告诉记者。王自新对记者说，为了对后人负责，他要在废旧电池的产业化上做一番事业，为此现在已经把自己的几百万财产全部投入进去。他说，只有建立废旧电池回收利用的产业链，才能把这个事业进行下去。 王自新说：“大量一次性电池不回收，污染环境不说，还浪费了大量资源。每节电池中含有22%的锌、26%的锰、17%的铁，如果不处理就扔了，等于每年白白把几千万吨的有用原料都扔了，这可是从几万吨矿石中提炼出来的呀！这绝对是个朝阳产业，国营企业不做的事，我们民营企业要做！” 王自新以前学医，深入研究过废旧电池对人体的伤害，后来改做化工企业，又研究过废电池的利用。1999年，他开始了废旧电池回收利用的事业。 王自新走着一条布满荆棘的道路。他的废旧电池回收企业建立在河北易县，虽然技术设备都已经到位，却迟迟开不了工，原因是当地有关部门反对。当地有关部门认为，废旧电池处理企业肯定会产生污染。尽管这个企业的排放条件完全合乎国家标准，也不让生产。王自新曾想迁址，但到哪个地方，一说是废旧电池处理企业，人家就都不让进门了。王自新无奈地说：“不知道我的家到底能落在哪儿！”不过，他没有灰心，正在努力用最新的工艺让企业达到最严格的排放标准，然后争取得到国家环保部门的认证。他说要探索一条中国独特的处理废旧电池之路。 王自新还告诉记者，最近，他正准备在北京办一个电池回收处理企业，吸收下岗人员就业。他解释自己企业名字的含意义：第一个“鑫”字是财源兴盛之意，第二个“馨”是温馨之意。他说要办的是一个社会效益与经济效益双赢，充满人情味儿的企业。 当然，环保企业进入良性循环离不开国家政策支持。 记者问：“如果国家将来出台的政策不鼓励一次性电池集中回收呢？”他说：“那很可怕，因为这就意味着我的原料没有了。” 有税务部门问王自新：“民营企业，没利的事能干长吗？” 王自新说：“我把回收处理废旧电池当成事业。” 他充满激情地对记者说：“我现在就是当代的唐吉诃德，举着长矛冲刺。”他所挑战的，除了复杂的社会环境，还有观念的壁垒。 王自新对废旧电池产业链的每一个链条，都有详细的方案，力图做到让利益机制来运转电池的回收网络。他给北京市长写信说，到2008年，北京市的废旧电池回收率要达到50%。 看看国外怎么做 记者查了一些资料，让我们看看国外如何回收电池。 目前日本、美国和欧洲的锌锰干电池已全部实现了无汞化，对废旧电池的资源化利用主要集中在铅蓄电池和充电电池上。但日本却仍然坚持对一次性电池的回收和再生利用，对一次性电池的再生利用率达到50%左右。有专家认为，发达国家不回收一次性电池，从资源节约上说，也是不可持续发展的行为。 对铅酸电池、镉镍电池的回收。在美国，用户如不把废旧电池交回给制造商、零售商或者批发商，每买一节新的蓄电池要多付3—5美元。所以美国的蓄电池回收率几乎达100%。德国电池条例第6条规定，使用者没有归还废旧电池，销售者可以在售给其新电池时加收15马克的费用。意大利在1998年11月颁布了一项蓄电池回收法律，并根据该法建立了COBAT的联合会，其中50%的成员是再生铅冶炼厂，30%是蓄电池制造厂，10%为废料商，其余为蓄电池零售商。顾客在买蓄电池时要交附加税。瑞典早在1989年就颁布了一项旨在促进电池回收的returbatt计划，要求所有电池零售商回收废电池并对每节铅蓄电池征收35马克朗的税，这使瑞典的电池回收率在1991年就达到了100%。 有专家认为，发达国家不处理一次性电池，这种做法与我国国情不相符，因为目前我国一次性电池在电池消费中所占比重达97%。在吸取发达国家回收电池的经验同时，要结合我国国情才有意义。况且，在我国目前电池回收率如此之低的情况下，普及电池回收知识才是当务之急。 电池回收的尴尬局面，何时才能打破？ 2.近两年，废电池对环境的影响成为国内媒体热门话题之一。有的报道称电池对环境污染很严重，一节电池可以污染数十万立方米的水。有的甚至说废电池随生活垃圾处理可以引起诸如日本水俣病之类的危害，这些报道在社会上引起了很大反响，有很多热爱环保的人士和团体开展或参加了回收废电池的活动。 现在我来为大家介绍一下电池吧：电池是一种将化学能直接转变成电能的装置。它可分为充电池和非充电池。下面我们要研究一下非充电池的结构了，主要分三个层次：一是最外的一层 “ 皮 ” 也是我们所说的壳，二是供反应化学物质，被壳包住，中间的是石墨电极。当化学物质反应之后转变成电能由石墨电极输出在外电路形成回路形成电流：电池就是工作了。非充电池分为：镍氢电池，镍镉电池。 电池再也不能供电了，成了一颗废电池，通常情况下人们就随手一丢，再买过另一颗新的。大多数人会说，这是很正常的哩。但他们没有想到，就在那举手投足之下，也是在破坏他们的家园 —— 地球。也许有人会问： “ 就这么一个小东西对于地球来说，能有什么了不起呢！还说什么破坏？ ” 电池看上去并不那么具有破坏力，但是看东西不能全看表面。废电池里含有大量重金属汞、镉、锰、铅等。当废电池日晒雨淋表面皮层锈蚀了，其中的成分就会渗透到土壤和地下水，人们一旦食用受污染的土地生产的农作物或是喝了受污染了的水，这些有毒的重金属就会进入人的体内，慢慢的沉积下来，对人类健康造成极大的威胁！据测量一节一号电池烂在土壤里，可以使 一平方米 土地失去利用价值；一个扣钮电池可以污染 60 万升水，相当于一个人一生的饮水量。就近全球 50 亿人来计每个月每人丢一颗电池，一年累积下来 600 亿颗电池，对地球的破坏力可说是很大的了，其对人类健康危害造成的后果更难以想象了，据统计，仅 北京市 每年因废电池而进入自然环境的汞竟然达到 29.6 吨，这数目不能不让人头痛。所以废旧电池是不可以随意丢弃的。 同学们,让我们的家园不受废电池的危害吧!

水热法生长二氧化钛纳晶及在染料敏化太阳能电池板的应用1 引言1991 年瑞士学者Gratzel 等在Nature 上发表文章,提出了一种新型的以染料敏化二氧化钛纳晶薄膜为光阳极的太阳能电池，其具有制作简单、成本低廉、效率高和寿命长等优点,光电转换效率目前可以达到11%以上,因此成为新一代太阳能电池的主要研究发展方向[1-4]。染料敏化太阳能电池的光电转换效率的提高要归功于其独特的纳晶多孔薄膜电极，其可以使电子在薄膜中有较快的传输速度，且具有足够大的比表面积，能够吸附大量的染料，并且与染料的能级相匹配。所以因对染料敏化太阳能电池的复杂的作用，许多科学工作者致力于制备功能和性能良好的TiO2 纳晶多孔薄膜电极[5, 6]。在纳晶TiO2 的三种晶型中，锐钛矿相的光电活性最好，最实用于染料敏化太阳能电池中，所以在制备纳晶TiO2 时，金红石相和板钛矿相纳晶应该尽量避免。对TiO2 纳晶的生长，许多研究者开始在水热法中采用有机碱做胶溶剂来制备TiO2 纳晶[7-9]。Yang 用三种有机碱做胶溶剂制备了粒经和形貌不相同的TiO2 纳晶，其结果证明了有机碱的加入对纳晶粒子大小、形貌及表面积等有一定影响[10]。但是，如何制备晶型和形貌都能满足于染料敏化太阳能电池的要求却很少讨论。在本章中，采用水热法基础上，分别使用三种有机碱四甲基氢氧化铵（TMAOH）、四乙基氢氧化铵（TEAOH）、四丁基氢氧化铵（TBAOH）做胶溶剂来制TiO2 备纳晶并应用于染料敏化太阳能电池中并研究了制备条件的不同对纳晶形貌、粒径大小及电池光电性能的影响。2 实验主要药品和仪器钛酸四正丁酯、异丙醇、聚乙二醇20,000、碘、碘化锂、4-叔丁基吡啶（TBP）、OP乳化剂（Triton X-100）（AR，均购于中国医药集团上海化学试剂公司）；敏化染料（cis-[(dcbH2)2Ru(SCN)2]，SOLARONIX SA.）；四甲基氢氧化铵（TMAOH）(25 %)、四乙基氢氧化铵（TEAOH）(20 %)、四丁基氢氧化铵（TBAOH）(10 %) （均购于中国医药集团上海化学试剂公司）；可控温磁力搅拌器（C-MAG HS4，德国IKA）；马弗炉（上海实验电炉厂）；100 W 氙灯（XQ-100 W，上海电光器件有限公司）；导电玻璃基片（FTO，15 Ω/cm2，北京建筑材料研究院）；X 射线粉末衍射仪（XRD） D8-advance(Bruker 公司)；扫描电子显微镜(SEM)S-3500N（日本日立公司)；透射电镜(TEM)JEM-2010(日本)；红外光谱分析仪Nicolet Impact 410 spectrometer；紫外–可见分光光度计UV-Vis 3100 (Shimadzu corporation, Japan)。3 实验部分3.1 纳晶TiO2 的制备根据文献的制备方法[6-11]，把钛酸四正丁酯与等体积的异丙醇混合均匀并逐滴加入到蒸馏水中并不断的搅拌30分钟（[H2O]/[Ti(OBu)4] = 150），过滤并用水和乙醇溶液洗剂2-3次。在强烈搅拌下，把所得到的沉淀加入到pH=13.6的含有有机碱的溶液中，在100 °C搅拌24小时，得到半透明的胶体。将得到胶体装入高压釜（填充度小于80%）。在200 oC水热处理12小时。水热处理后，得乳白色混合物并伴有鱼腥味，这表明有机碱分解为了胺类化合物。将高压釜处理后的TiO2胶体连同沉淀一起倒入烧杯，经50 oC浓缩至原来的1/5，加入相当于TiO2量20%-30%的聚乙二醇20,000及几滴Triton X-100，搅拌至均匀，得稳定的TiO2纳晶浆体。3.2 纳晶薄膜电极的制备将洗净的导电玻璃四边用透明胶带覆盖，通过控制胶带的厚度和胶体的浓度来控制膜的厚度[12]，中间留出约1×1 cm2空隙，将在酸性条件下制备的小粒径的纳晶TiO2胶体用玻片均匀的平铺在空隙中。空气中自然晾干后，在马弗炉中升温至450 ?C热处理30分钟，使TiO2固化并烧去聚乙二醇等有机物，冷却至80 ?C，经过仪器测量，薄膜的平均厚度在6微米左右。将获得的纳晶多孔薄膜浸泡于N3染料溶液中24小时，使染料充分地吸附在TiO2上，取出后用乙醇浸泡3-5分钟，洗去吸附在表面的染料，在暗处自然晾干，即得到染料敏化的纳晶多孔TiO2薄膜电极。首先按上文所述制备纳晶多孔薄膜，制备的薄膜平均厚度在4.5微米左右，将其重新用透明胶带覆盖，把用TMAOH做胶溶剂的条件下制备的大粒径的纳晶TiO2浆体用玻片均匀的平铺在空隙中。空气中自然晾干后，重新在马弗炉中升温至450 ?C热处理30分钟，反射层的纳晶薄膜的平均厚度控制在1.5微米左右，热处理后即得双层纳晶薄膜。浸泡染料后即得双层纳晶薄膜电极。3.3 DSSC 的组装以染料敏化纳晶多孔TiO2薄膜电极为工作电极，以镀铂电极为对阴极[13]，将染料敏化电极与对阴极用夹子固定，在其间隙中滴入以乙腈为溶剂、以0.5 mol/L LiI+0.05 mol/L I2+0.2mol/L TBP为溶质的液态电解质，封装后即得到染料敏化太阳能电池。3.4 光电性能测量采用100 W氙灯作为太阳光模拟器，其入射光强Pin为100 mW/cm2。在室温下进行测量，记录其短路电流ISC和开路电压VOC，并应用公式计算其填充因子ff和光电转换效率η。3.5 表征与分析采用 D8-advance 型X 射线粉末衍射仪测定TiO2 的晶体结构，测试条件为：Cu Kα(λ=1.5405 ?)，电压：40 KV，电流：40 mA。扫描速度:6?/min，扫描范围：10?-80?。采用KBr 压片法测量样品的红外光谱，测试条件：400-4000 cm-1，软件：OMNIC 6.0，扫描次数30 次。采用JEM-2010（日本)型透射电子显微镜(TEM)观察TiO2 纳晶的表面形貌及粒径大小。用紫外-可见分光光度计（UV-3100）测试不同粒径TiO2 纳晶多孔薄膜电极吸附染料的吸光度。TG 的升温速度：10 ℃/min，范围：室温至1000 ℃，测试仪器：SDT 2960 同步DSC-TGA 装置 (USA TA 设备)。4 结果与讨论4.1 有机碱对TiO2 纳晶的形貌和粒径的影响Sugimoto 和他的合作者们研究了影响TiO2 纳晶生长的一些因素，其中pH 的值、有机碱的烷基链的长短、水热的温度以及水热的时间等因素都对TiO2 纳晶颗粒的大小和形貌有很大的影响[14-17]。通过研究发现，四烷基有机碱作为模板来控制TiO2 纳晶的形貌和大小。所以可以使用不同的有机碱来制备适合于染料敏化太阳能电池光电传输的晶型完整并具有较大的比表面积的TiO2 纳晶。是在不同的有机碱做胶溶剂时制备的TiO2 纳晶的TEM 图，a 图是采用TMAOH 做胶溶剂，b 图是采用TEAOH 做胶溶剂，c 图是采用TBAOH 做胶溶剂。从图中可以看出，在相同pH 值下，不同的有机碱做胶溶剂时，制备的纳晶明显不同，这说明胶溶剂对TiO2纳晶的粒径大小和形貌有很大的影响，而且随着有机碱胶溶剂烷基链的加长，TiO2 纳晶的粒径减小，并且粒子为多面体。当用TMAOH 做胶溶剂时，制备的TiO2 纳晶的粒子多为四方体，颗粒宽12-20 nm，粒子长20-40 nm，如图1a 所示。当用TEAOH 做胶溶剂时制备的TiO2 纳晶的粒子颗粒不均匀，而且形貌也不规则有多面体形的也有四面体形的，粒子宽度8-10 nm，长度10-25 nm，如图1b 所示。而当有机碱的烷基链长从两个碳原子增加到四个碳原子时，即用TBAOH 用作胶溶剂时制备的纳晶颗粒粒子大小较均匀而且形貌也较规则，多为正方体，粒子大小一般在5nm 左右，如图1c 所示。在TiO2 纳晶的水热生长过程中，有机碱首先是吸附在TiO2 的晶核上，而烷基链的长短不同吸附的能力不同，吸附能力越大则就会阻碍纳晶的生长。研究发现[6]，烷基链越长则有机碱吸附在晶核上的吸附力越大，则会阻碍晶体的生长，所以随着有机碱烷基链的长度的增加，纳晶颗粒在不断的减小；并且研究发现，胶溶剂的浓度不能太大，太大时制备的TiO2 纳晶就会出现严重的团聚现象[10]。4.2 有机碱对TiO2 纳晶晶型的影响是用三种有机碱做胶溶剂时制备的TiO2 纳晶的XRD 图，a 是制备的TiO2 纳晶经过自然风干后的XRD，b 是制备的三种TiO2 纳晶经过50 °C 热处理30 分钟中后的XRD 图。从图2a 中可以看出，2θ = 25.3°是TiO2 纳晶锐钛矿的特征峰，但是还有一些其它的杂峰，这些杂峰证明是有机胺类化合物的峰。当把制备的纳晶经过450 °C 热处理30 分钟中后，a 图中的杂峰就消失，TiO2 在2q ＝25.3°，37.55°，47.85°，53.75°，55.05°和62.35°的衍射峰的d 值均与标准PDF 卡片锐钛矿型TiO2 衍射峰相符，说明所制备的TiO2 的晶型为锐钛矿，没有金红石相和板钛矿相出现，制备的为纯的锐钛矿相TiO2 纳晶。在传统水热方法中，采用硝酸做胶溶剂，制备的纳晶TiO2 中，含有少量的金红石相和板钛矿相，而这两种的光电性能较差，影响染料敏化太阳能电池的光电转换效率。而用有机碱做胶溶剂制备的TiO2 纳晶可满足染料敏化太阳能电池中对锐钛矿相的要求。随着有机碱烷基链的增加，样品的特征衍射峰宽逐渐变大，并且衍射峰值逐渐减小，这表明制备纳晶颗粒不断减小，这与TEM 的结果一致。4.3 TiO2 纳晶的热稳定性分析是用三种有机碱制备的TiO2 纳晶的红外光谱图，(a) 是制备的纳晶粉末在80 °C 烘干24 小时，(b)是制备的纳晶粉末在450 °C 热处理1 小时，光谱范围是400-4000 cm-1。从红外光谱图可知，三种纳晶红外图谱相近。图3(a)中出现了有机化合物的一些键如C-H, N-H,和O-H 等键，但随着在450 °C 热处理1 小时后，这些化合键就消失了，而TiO2 薄膜的红外谱图中主要有Ti-O-Ti 键伸缩振动峰在500cm-1 附近，没有出现宽的吸收带，如图3(b)所示，这一结果与文献中的结果相一致[7]。这说明在有机碱条件下制备的TiO2 纳晶在经过450 °C后为稳定的锐钛矿相，吸附在其表面的有机物分解完全。从XRD 的结果也可以得出(图 3b)，所有有机化合物在经过450 °C 热处理后都消失完全了，这说明二氧化钛化合物在高于450 °C热处理后，可以晶化为稳定的锐钛矿相TiO2 纳晶。是用有机碱做胶溶剂时制备的TiO2 纳晶粉末热稳定性的TG 分析。这些纳晶粉末是在105 °C 下烘干24 小时，而没有进行任何热处理的。从图中可以看出，有两个失重过程。第一个过程是100～250 °C 之间的明显失重，可以认为是失去了吸附在纳晶粉末表面的水分子和一些醇。第二个过程是250～400 °C 之间的失重，是因为粉体中吸附的有机物成份的失去。有机物与制备的氧化物之间有很强的键和作用，这些有机物包裹着氧化物，当温度达到400 °C 时，这些键和作用才会消失，有机物完全分解，这说明有机物与纳晶颗粒之间的力结合不是太大不影响纳晶的晶化。另外发现，在不同有机碱胶溶剂下制备的纳晶粉末的失重情况明显不同，在采用TBAOH 做胶溶剂时的失重明显要高于使用TMAOH 做胶溶剂时的，这说明前者表面吸附了更多的有机物。吸附有机物的量不同，表明制备的纳晶粉末的形貌和粒径大小也明显不同[14]，这与TEM 的结果一致，在采用TBAOH 做胶溶剂时制备的TiO2纳晶颗粒较小表面积较大，这就使吸附在纳晶表面的有机物就增多，所以在进行热分解时失重较多；而采用TMAOH 做胶溶剂时制备的TiO2 纳晶颗粒明显大许多，表面积又小所以吸附的有机物就会减小，所以在热分解时失重较少。从失重量的多少也可以简单分析出制备的纳晶颗粒和形貌的异同。用有机碱做胶溶剂来制备TiO2 纳晶，会对其晶型及其晶型的稳定性有一定的影响。图5 为有机碱TEAOH 做胶溶剂的条件下制备的TiO2 纳晶及其分别在300 °C，500 °C，700 °C，800 °C，900 °C 烧结1 小时样品的XRD 谱图。在TiO2 纳晶的晶型中，峰位于2θ=25.3°是锐钛矿相的特征衍射峰，峰位于2θ=27.4°是金红石相的特征衍射峰。从图中可知，TiO2 纳晶在800 °C 烧结前，晶型没有发生变化。在800 °C 烧结之后，才出现了金红石相晶型，这一结果与Young 等人的研究结果一致[18]。据报道在酸性条件下制备的TiO2 纳晶，在烧结温度达600 °C 时，锐钛矿晶型就开始向金红石晶型转变[19]。而用有机碱TEAOH 做胶溶剂制备的TiO2 纳晶从锐钛矿相向金红石相转变的温度有所提高，这说明用有机碱TEAOH 做胶溶剂制备的TiO2 纳晶热稳定性提高了，这一稳定性说明，可以对锐钛矿型TiO2 纳晶在较高的温度下进行烧结，而不改变其晶型，即没有金红石型纳晶出现。4.4 BET 和吸附染料能力的研究用不同的有机碱做胶溶剂所制备的TiO2 纳晶粉的表面积进行分析，实验得出，在使用有机碱TMAOH 做胶溶剂时制备的TiO2 纳晶粉的比表面积为66 m2·g-1，但是当使用TEAOH和TBAOH 做胶溶剂时，制备的TiO2 纳晶粉的比表面积为78 m2·g-1 和82 m2·g-1。这一结果与粒径越大比表面积越小相一致，颗粒大小如图1 所示，这说明颗粒越小比表面积越大。研究发现，吸附的染料（RuL2(SCN)2）的多少并不一定随着比表面积的增大而增大。为了研究用于染料敏化太阳能电池测试的TiO2 纳晶多孔薄膜吸附染料的多少，把敏化的电极在5 mL 0.05 mol/L NaOH 溶液中让染料进行脱附，之后对染料的碱性溶液进行吸光度的分析，UV-vis 吸收光谱的结果如图5 所示。图中a、b 和c 三条曲线分别是采用TMAOH、TEAOH和TBAOH 做胶溶剂时制备的TiO2 纳晶。根据朗伯-比尔定律可知吸光度随浓度增加而增大，结果显示，采用TMAOH 做胶溶剂时制备的TiO2 纳晶吸收的染料最少，这与比表面积越小吸附的染料越少相吻合，但比其它两种纳晶的吸附量要少很多。虽然采用TBAOH 做胶溶剂时制备的TiO2 纳晶的比表面积比用TEAOH 做胶溶剂所制备的TiO2 纳晶的比表面积大，但是后者却比前者所吸附的染料多，这里可能的解释就是因其用TBAOH 做胶溶剂时制备的TiO2 纳晶的颗粒太小还不足10nm，所以用其制备的纳晶多孔薄膜太致密而使得吸附的染料减小。4.5 染料敏化太阳能电池光电性能研究采用有机碱制备的三种不同形貌和粒径大小的TiO2 纳晶，并用其制备了敏化电极应用于染料敏化太阳能电池光电性能的研究，如图6 所示。表1 给出了三种不同电极的所组装的电池的短路电流、开路电压、填充因子和光电转换效率的值。在100 mW/cm2 光照条件下，三种电池的短路电流分别为10.7、13.1、10.4 mA/cm2，开路电压分别为0.779、0.700、0.698V，填充因子分别为0.52?0.62?0.60，光电转换效率分别达到了4.4%?5.67%?4.4%。从实验结果可知，采用有机碱TEAOH 制备的TiO2 纳晶所组装的电池的光电转换效率比其它两种电池的光电转换效率要高。可知，采用有机碱TEAOH 所制备的TiO2 所制备的电池的开路电压要比采用有机碱TMAOH 所制备的TiO2 所制备的电池的要低，但是其电池的短路电流和填充因子都要比其它两种有机碱所制备TiO2 所组装的电池要高。这可能是因为（1）用有机碱TEAOH 所制备的TiO2 纳晶粒经比较适中，制备的多孔薄膜粒子与粒子之间结合比较紧密，这样就提高了电子在薄膜中的传播速度；（2）较其它两种多孔薄膜吸附的染料要多，研究表明吸附的染料的量与所产生的光电流成正比，吸附的染料越多，则产生的光电流越大，用有机碱TEAOH 做胶溶剂所制备的TiO2 多孔薄膜所吸附的染料最多，所以用其所组装的染料敏化太阳能电池的短路电流最高，电池的光电转换效率也达到最好。5 结论本章采用了钛酸四正丁酯为原料，以三种有机碱做胶溶剂来制备TiO2 纳晶，以三种制备的敏化的纳晶多孔薄膜为电极组装了染料敏化太阳能电池，并对其进行了电池光电性能的测试。研究了这三种有机胶溶剂对TiO2 纳晶晶体生长的影响，采用三种不同烷基链的有机碱做胶溶剂制备的纳晶形貌和大小有很大的不同，研究发现，随着烷基链的加长，纳晶的形貌开始变得规整，粒径也减小，但是有机碱的浓度不能太大，浓度过高时，会使制备的纳晶出现团聚，所以在使用有机碱做胶溶剂时，采用的是在pH=13.6 的条件下制备的。通过热稳定性分析发现，吸附在TiO2 纳晶表面的有机碱在450 °C 热处理后，有机物分解完全，这说明在制备纳晶多孔薄膜时，有机物分解完全，多孔薄膜中为纯的TiO2 纳晶。因为三种TiO2纳晶形貌和大小不同所以制备的多孔薄膜吸附染料的量也不相同。实验发现采用有机碱TEAOH 做胶溶剂时制备的TiO2 的敏化电极吸附的染料最多，电池光电性能测试也显示用此TiO2 纳晶制备的电池开路电流达到13.1 mA cm-2，光电转换效率达到5.67%，比其它两种电池的光电转换效率要高，这说明用有机碱TEAOH 做胶溶剂所制备的TiO2 纳晶的形貌和大小比其它两种有机碱胶溶剂制备的TiO2 更适合应用于染料敏化太阳能电池。更多毕业论文请到

近两年，废电池对环境的影响成为国内媒体热门话题之一。有的报道称电池对环境污染很严重，一节电池可以污染数十万立方米的水。有的甚至说废电池随生活垃圾处理可以引起诸如日本水俣病之类的危害，这些报道在社会上引起了很大反响，有很多热爱环保的人士和团体开展或参加了回收废电池的活动。 然而，国家环保总局有关人士却认为，废电池不用集中回收，以前有关废电池危害环境的报道缺乏科学依据，在某种程度上对群众造成了误导。那么，废电池怎样处理才科学呢?本文拟就此问题作以简要介绍，以期帮助大家更科学地认识废电池处理问题，更好的保护我们的环境。 废电池里面到底有哪些污染物 清华大学环境科学与工程系的博士生导师聂永丰教授，带领课题组专门对废电池的危害和处理做过研究。他介绍说，近年来关于废旧电池给环境带来危害的报道的确很多，但是遗憾的是，这些报道未向读者或观众说明支持其结论的科研内容，没有向读者介绍其分析推理过程，也没有列举因干电池造成污染的实际案例，只有“污染严重”的结论。 废电池中含有哪些有害物质，这些物质通过什么样的机理释放到环境中，会对环境造成多大程度的损害，国内外有无废干电池引起严重污染的案例，发达国家是怎样解决这个问题的?带着疑问，课题组作了全面深入的调查，得出的结论与一些新闻报道相去甚远，这些报道确有不切合实际和偏激之处。 聂教授介绍说，电池产品可分一次干电池(普通干电池)、二次干电池(可充电电池，主要用于移动电话、计算机)、铅酸蓄电池(主要用于汽车)三大类。用量最大、群众最关心，报道最多的是普通干电池。下面所说的电池均指普通干电池。 电池主要含铁、锌、锰等，此外还含有微量的汞，汞是有毒的。有报道笼统地说，电池含有汞、镉、铅、砷等物质，这是不准确的。事实上，群众日常使用的普通干电池生产过程中不需添加镉、铅、砷等物质。 废电池中的汞没有对环境构成威胁 汞的挥发温度低，是一种毒性较大的重金属。很多地方的土壤中也含有微量的汞，在汞矿开采、提炼、含汞产品加工过程中，如密闭措施不够完备，释放到空气中的汞(蒸气)对操作人员的健康影响很大。 电池中虽然含有汞，但由于是添加剂，其含量很少。即便是高汞电池，含汞量一般也在电池重量的千分之一以内。我国电池行业全年的用汞量，大体上与一个汞法聚氯乙烯，或汞法炼金，或高汞铅锌矿采选的企业年排放废水中的含汞量相当。由于电池消费区域大，含汞废电池进入生活垃圾处理系统以后，对环境的影响比前述一个化工企业排放含汞废水所造成的影响要小得多，况且电池使用了不锈钢或碳钢做外包皮，有效地防止了汞的外漏。因而废电池分散丢弃在生活垃圾中，其危害微乎其微，在客观上不可能造成水俣病之类的危害。日本的水俣病是化工企业几十年向一条河流排放大量含汞废水，下游水系中汞逐渐累积造成的。 含汞电池正在被无汞电池代替 当然，含汞废电池毕竟对环境有负面影响(哪怕是轻微的)。因此，在1997年底，国家经贸委、中国轻工总会等9部门联合发出《关于限制电池汞含量的规定》，借鉴发达国家的经验，要求国内电池制造企业逐步降低电池汞含量，2002年国内销售的电池要达到低汞水平，2006年达到无汞水平。 从实际进展来看，国内电池制造业基本按照《规定》要求在逐步削减电池汞含量。据中国电池工业协会提供的数据，我国电池年产量为180亿只，出口约100亿只，国内年消费量约80亿只，基本已达到低汞标准(汞含量小于电池重量的0.025％)。其中约有20亿只达到无汞标准(汞含量低于电池重量的0.001％)。 聂教授最后强调，截至目前国内外均无废电池造成严重污染的报道或科研资料，有关废电池污染环境的说法的确缺乏科学根据，对群众造成了误导。 废电池集中回收处理不当会造成污染 如果按某些报道呼吁的那样，在我国建造一个专业的、能够批量处理废电池的工厂，是否可行呢?国家环保总局污控司固体处彭德富工程师介绍说，建设一个废电池回收处理厂，需要投资1000多万元人民币，而且还要每年至少回收4000多吨废旧电池，工厂才能运转起来。而实际上要回收这样大数量的废电池十分困难。以首都北京为例，在大力宣传和鼓励下，3年才回收了200多吨。在环保模范城杭州市，废电池的回收率也只有10%。据了解，目前瑞士和日本已建好的两家可加工利用废旧电池的工厂，现在也因吃不饱经常处于停产状态。这不得不让我们慎重考虑投资建回收厂的问题。