物理电池研究论文

使能量密度达到现有任何电池的三倍，研究显示金属催化物在提高电池效率上起到重要作用。该校机械工程和材料科学与工程副教授YangShao-Horn表示，许多研究团队如今正致力于锂-空气电池的研究，但目前还缺乏对何种电极材料能够促进电池内部电化学反应发生的理解。Shao-Horn和其团队成员在4月1日出版的《电化学与固态快报》上报道了其研究成果，在锂-空气电池中使用金或铂金电极作为催化剂具有比单一碳电极高得多的反应活性和效率。此外，这项研究也为进一步研究寻找更佳的电极材料，如金和铂金或其他金属的合金材料或金属氧化物材料以及减少使用昂贵材料奠定基础。论文的第一作者、博士生Yi-ChunLu指出，研究团队开发了一种分析电池中不同催化剂活性的方法，现在可以基于这项研究来试验多种可能的材料，以确定控制催化剂活性的物理特性，最终能够预测催化剂的反应活动。锂-空气电池原理与锂离子电池类似，而后者目前是便携式电子产品使用的主要电源，而且在电动汽车电源的竞争中也占据了领先地位。但由于锂-空气电池使用了碳基空气电极和空气流替代锂离子电池较重的传统部件，因此电池质量更轻，这也使得包括IBM和通用汽车等大企业纷纷投身于锂-空气电池技术的开发当中。但锂-空气电池在成为可商用化产品之前还有一系列的问题需要解决，其中最大的问题是如何确保在经过了许多次的充放电过程后仍能保持其电力水平，可用在电动汽车或电子产品中。研究人员还需要详细研究充放电过程的化学问题，如产生了那些化合物，在哪里产生，以及它们之间如何相互反应等。Shao-Horn坦承，目前这方面的研究还处于初级阶段，部分企业将锂-空气电池研究视之为10年期的研发项目，但这是一个非常有前景的领域，如果能够克服许多科学和工程挑战，真正实现能量密度达到目前锂离子电池的两到三倍，将能够首先应用在便携式电子产品如笔记本电脑和手机上，降低成本后更可作为电动汽车电源。该项研究受到美国能源部的资助，MartinFamilySocietyofFellowsforSustainability和美国国家科学基金会也给予了支持。根据《日刊工业新闻》报道，日本旭化成株式会社和Central硝子株式会社两家企业正式参加美国IBMAlmaden Reseach Center正在进行的锂空气电池研究项目。按照该项目研究分工，旭化成将利用其掌握的先进膜技术，负责开发重要的有关膜部件；Central硝子负责开发新型电解液和高性能添加剂。研究小组计划到2020年实现锂空气电池的大量生产和推广应用。

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％)。其中约有20亿只达到无汞标准(汞含量低于电池重量的％)。 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。

[目录]1、废弃电池回收、处理刻不容缓2、对废电池污染评价3、国外电池处理回收概况4、 国内废弃电池回收处理概况5、 治理废弃电池污染之我见[原文] 废弃电池对环境的污染正渐为国人所重视。人们一直在寻求技术上可行、经济上可取的科学处理方法。废电池的回收、处理利用是一项系统工程，应根据中国的国情建立有效的无害化管理机制，国家要从政策上给予扶持，建立健全法规，完善回收、处理运行体系，无公害的再利用方法须进一步论证、研究和开发。分析了各种废弃电池对环境的污染；报导了国内外回收、处理废弃电池的情况；结合国情提出了治理电池污染的对策。"地球只有一个"，保护环境，爱护地球，给子孙后代留下一片蓝天和碧水，是全世界人民所向往并为之奋斗的共同目标。废弃电池对环境的污染已是一个不争的事实，关注电池的回收再利用，发展无污染、无公害的“绿色”化学电源产品已是时代要求和大势所趋，也是电池产品可持续发展的必由之路

电池产品对环境的危害主要是酸、碱等电解质溶液和重金属的污染。不同类型的电池污染物也不同。 一般来说，电池中的有害物质主要有Zn、Hg、CNi、Pb等重金属；铅蓄电池中的H2S04；各种碱性电池中的KOH和锂电池中的IiPP6电解液等。Hg及其化合物，特别是有机汞化物，具有极强的生物毒性、较快的生物富集速率和较长的脑器官生物半衰期。Cd易在动植物体内富集，影响动植物的生长，具有很强的毒性。Pb对人的胸、肾脏、生殖、心血管等器官和系统产生不良影响，表现为智力下降、肾损伤、不育及高血压等。Zn，Ni的毒性相对较小，但超过一定浓度范围时，会对人体产生不良影响和危害。废旧电池中的酸、碱解质溶液会影响土壤利水系的pH值，使土壤和水系酸性化或碱性化。电池电解质构成污染的主要组份是其中的可溶重金属，特别是铅蓄电池电解液中大量的硫酸铅和镍镉电池中的氢氧化镉。电池中的重金属离子在土壤或水体中溶解并被植物的根系吸收，当牲畜以植物为食料时，体内就积累了重金属。人类食人含重金属的粮食、蔬菜和肉类、水，顺着这条食物链，重金属就会在人体里富集。由于重金属离子在人体里难以排泄，最终会损害人的神经系统及肝脏功能。 废电池的回收利用研究 1 废电池再生利用现状 国内使用最多的工业电池为铅蓄电池，铅占蓄电池总成本50％以上，主要采用火法、湿法冶金工艺以及固相电解还原技术。外壳为塑料，可以再生，基本实现无二次污染。 小型二次电池目前使用较多的有镍镉、镍氢和锂离子电池，镍镉电池中的镉是环保严格控制的重金属元素之一，锂离子电池中的有机电解质，镍镉、镍氢电池中的碱和制造电池的辅助材料铜等重金属，都构成对环境的污染。小型二次电池目前国内的使用总量只有几亿只，且大多数体积较小，废电池利用价值较低，加上使用分散，绝大部分作生活垃圾处理，其回收存在着成本和管理方面的问题，再生利用也存在一定的技术问题。 民用干电池是目前使用量最大、也是最分散的电池产品，国内年消费80亿只。主要有锌锰和碱性锌锰两大系列，还有少量的锌银、锂电池等品种。锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银电池一般都使用汞或汞的化合物作缓蚀剂，汞和汞的化合物是剧毒物质。废电池作为生活垃圾进行焚烧处理时，废电池中的Hg、Cd、Pb、Zn等重金属一部分在高温下排人大气，一部分成为灰渣，产生二次污染。 2 废旧干电池再生利用技术 a．人工分选回收利用技术 一般是将干电池分类后，进行简单的机械剖开，人工分离出锌皮、塑料盖、炭棒等，残存的Mn02、水锰石等混合物送人回砖窑煅烧，制成脱水的Mn02，此法简单易行，但占用劳动力较多，经济效益不大。 b． 火法回收利用技术 一般是将干电池分类、破碎后，送入回转窑，在1100~1300摄氏度的的高温下，锌及氯化锌被氧化为氧化锌随烟气排出，用旋风除尘器回收氧化锌，残存的二氧化锰及水锰石进入残渣，再进一步回收锰等物质，此法简便易行，一般的冶炼厂勿需增加设备即可回收锌。 c． 湿法回收利用技术 根据锌、二氧化锰可溶于酸的原理，将废旧干电池分类、破碎后，置于浸出槽中，加入稀硫酸(100~120g／L)进行浸出，得到硫酸锌溶液，可用电解法制得金属锌，滤渣经洗涤分离出铜帽、炭棒后，剩余物Mn02、水锰石经煅烧后制得Mn02。所用方法有焙烧一浸出法和直接浸出法。 湿法与火法相比较，具有投资少，成本低，建厂速度快，利润高、工艺灵活等优势，但不能保障有害成份完全回收。 3 废电池回收利用过程中二次污染的防治 以上的三种回收方法皆简单易行，但各有不足，存在着二次污染的问题，通过大量实验测定，我们得到了防治二次污染的可行方法。 首先将废旧干电池分类，以机械进行剖开后，分离出铜帽、锌皮，可分别回收利用。剩余的炭包物质经磁选除铁后，按1：4的固液比用水浸制1小时，取上层清液进行蒸发、结晶，沉淀物的主要成份是Mn02、MnO(OH)、乙炔黑、碳棒等物质，加入回转窑炼到600摄氏度，产生的烟气经冷凝后可得凝缩液，定期清洗即可得纯汞。同时也防止汞蒸气污染环境。在煅烧的过程中，混合物中大量的乙炔黑与碳，将Mn02还原为MnO。其反应过程如下： 2Mn0 2 +C--->2MnO+C0 2 把此煅烧物按固液比1：4加入浓度小于2mol／L硫酸溶液中，在温度80℃下浸制1小时，发生如下反应： MnO+H 2 S0 4 --->MnS0 4 +H 2 0 得到硫酸锰盐溶液，同时，也将引人其他可溶性重金属硫酸盐。 所得的锌皮及铜等金属可直接重熔利用，氯化铵可以制肥料或提纯作为化工试剂，硫酸锰是动、植物生长的激素成份，可用于油漆油墨的吹干剂和一些有机合成反应的催化剂，此外也用于造纸、陶瓷、印染和电解锰的生产试剂。表1为锌锰干电池可回收物质的成份。 这种回收方法投资较少，采用的设备简单，易于在中小城市得以实现，从而免除了废旧电池的运输问题。 废电池回收之后的溶液，浓缩并与EDTA反应生成金属络合物，可以彻底消除二次污染。经测定，回收废电池后的溶液中所含重金属量符合国家环保标准。若要将这些金属进行分离，利用其稳定性不同可分级处理。表2为金属离子与EDTA络合稳定常数。 4 废旧电池回收过程中存在的问题及建议 ①电池回收后无法处置，一般都采用堆放。堆放过程中电池有可能泄漏或有毒物质扩散。 ②由于电池的种类繁多，假冒产品多，也给电池回收带来了困难，有的电池是含汞电池，有的是含镉电池，有的以氯化铵为电解液，而有的则以氯化锌为电解液，因此建议生产厂家用统一的标准标识电池的种类及内含的主要成份，以便回收利用。 ③加强高性能环保型电池的开发，实现普通民用电池的无汞化。 ④回收处理废电池，国家应从政策上给予扶持。

摘要：随着我国汽车保有量的持续增长，汽车排放污染跟能源问题将会越来越严峻。现在我们国家提 摘要 倡低碳生活和可持续发展，为了响应国家的政策。我们必须寻找一种对环境零污染或低污染的汽车，而目 前公认最为理想可行的就是纯电动汽车了。而作为内燃机跟纯电动汽车的过渡产物就是混合动力汽车，混 合动力汽车已经不是什么新鲜的产物了，目前已经有很多车企生产了。在近两年，我国的车企对纯电动汽 车的热情很高，可惜都只是雷声大雨点小。大都只是处于概念车的阶段。发动纯电动汽车还有一段很曲折 艰辛的路要走。 关键词：内燃机：混合动力： 电动汽车：汽车： 关键词 内燃机 像我们这代人,对于汽车并不会感到很陌生.特别是近几年中国车市出现井喷的现象,据保 守的估计,中国现在的机动车保有量已经超过两亿.而且还保持上升的趋势,去年的产销量达 1360 万辆,首次超过美国而位居世界第一.今年 1 到 9 月份的产销已经达到去年全年的水平了, 保守估计今年的产销量将达 1700 万辆.而且在接下来的几年会稳居榜首,产销量持续增长.在 这数据中,又有多少是属于电动汽车的呢?统计数据显示是非常非常的少,几乎可以被忽视. 汽车的产销量不断的增长,这也将引起一系列的问题.内燃机技术发展到今天已经可说是 炉火纯青的地步了,想到再进一步改善是非常的困难了.我们都是知道无论是汽油机还是柴油 机,都会排放一些对大气有害的气体,如:CO HC Nox 等.虽然说排放标准不断的在提高,但是污 染还是存在的.这将跟我们提倡的低碳生活有点格格不入,因此我们就必须找出其它代替品. 就目前而言,就有新燃料发动机,如:醇燃料 氢燃料 石油气燃料 天然气燃料 太阳能燃料混合动力汽车 电动车等等.在这些新能源汽车中,纯电动汽车将是我们发展的趋势.因为其它 的,不是技术太难攻关,就是使用经济性和燃料来源困难等等.电动汽车的优点是零排放 零污 染 燃料来源方便 动力性良好等.但就目前的现状而言,电动汽车的缺点也是显而易见的, 目 前电动汽车尚不如内燃机汽车技术完善，尤其是动力电源（电池）的寿命短，使用成本高。 电池的储能量小，一次充电后行驶里程不理想，电动车的价格较贵。但从发展的角度看，随 着科技的进步，投入相应的人力物力，电动汽车的问题会逐步得到解决。扬长避短，电动汽 车会逐渐普及， 其价格和使用成本必然会降低。 现在处于内燃机跟纯电动汽车的过渡产物是HEV 混合动力汽车, 混合动力汽车的种类目前主要有 3 种。一种是以发动机为主动力，电 动马达作为辅 串联混合动力电动汽车原理。 另外一种是， 在低速时只靠电动马达驱动行驶， 速度提高时发动机和电动马达相配合驱动的“串联、并联方式” 。还有一种是只用电动马达 驱动行驶的电动汽车“串联方式” ，发动机只作为动力源，汽车只靠电动马达驱动行驶，驱 动系统只是电动马达，但因为同样需要安装燃料发动机，所以也是混合动力汽车的一种。 现在车市的混合动力车主要有,PRIUS 思域 凯美瑞 凯越 LS600H S400 SMART F3DM 等等. 由于我们国家提倡低碳生活,国家的政策便大力的支持发展纯电动汽车.目前几乎所有的车企都积极的响应国家的号召,如:比亚迪的 E6 奇瑞 S18 众泰 2008EV 长安奔奔 MINI 日 产的 LEAF 通用的 VOLT 等等.虽然推出的车型很多,但也只是雷声大雨点小.技术都不啥的, 而且销量也是少之又少. 电动汽车并不是现代才有的产物, 早在 19 世纪后半叶的 1873 年，英国人罗伯特·戴维 森 （Robert Davidsson） 制作了世界上最初的可供实用的电动汽车。 这比德国人戴姆勒 （Gottlieb Daimler）和本茨（Karl Benz）发明汽油发动机汽车早了 10 年以上。戴维森发明的电动汽车 是一辆载货车，长 4800mm，宽 1800mm，使用铁、锌、汞合金与硫酸进行反应的一次电池。 其后，从 1880 年开始，应用了可以充放电的二次电池。从一次电子表池发展到二次电池， 这对于当时电动汽车来讲是一次重大的技术变革，由此电动汽车需求量有了很大提高。在 19 世纪下半叶成为交通运输的重要产品，写下了电动汽车需求量有了很大提高。在 19 世纪 下半叶成为交通运输的重要产品，写下了电动汽车在人类交通史上的辉煌一页。1890 年法 国和英伦敦的街道上行驶着电动大客车，当时电动汽车生产的车用内燃机技术还相当落后， 行驶里程短，故障多，维修困难，而电动汽车却维修方便. 电池是电动汽车发展的首要关键，汽车动力电池难在 “低成本要求”“高容量要求”及 、 “高安全要求”等三个要求上。要想在较大范围内应用电动汽车，要依靠先进的蓄电池经过 10 多年的筛选，现在普遍看好的氢镍电池，铁电池，锂离子和锂聚合物电池。氢镍电池单 位重量储存能量比铅酸电池多一倍， 其它性能也都优于铅酸电池。 但目前价格为铅酸电池的 4-5 倍，正在大力攻关让它降下来。铁电池采用的是资源丰富、价格低廉的铁元素材料，成 本得到大幅度降低，也有厂家采用。锂是最轻、化学特性十分活泼的金属，锂离子电池单位 重量储能为铅酸电池的 3 倍，锂聚合物电池为 4 倍，而且锂资源较丰富，价格也不很贵，是 很有希望的电池。 我国在镍氢电池和锂离子电池的产业化开发方面均取得了快速的发展。 电 动汽车其他有关的技术，近年都有巨大的进步，如：交流感应电机及其控制，稀土永磁无刷 电机及其控制，电池和整车能量管理系统，智能及快速充电技术，低阻力轮胎，轻量和低风 阻车身，制动能量回收等等，这些技术的进步使电动汽车日见完善和走向实用化。我国大城 市的大气污染已不能忽视，汽车排放是主要污染源之一，我国已有 16 个城市被列入全球大 气污染最严重的 20 个城市之中。我国现今人均汽车是每 1000 人平均 10 辆汽车，但石油资 源不足，每年已进口几千万吨石油，随着经济的发展，假如中国人均汽车持有量达到现在全 球水平---每 1000 人有 110 辆汽车， 我国汽车持有量将成 10 倍地增加， 石油进口就成为大问 题。因此在我国研究发展电动汽车不是一个临时的短期措施，而是意义重大的、长远的战略 考虑。 下面是一些专家对我国发展电动汽车的看法: 锂电池大规模用于电动车还需一定时间 河南环宇集团锂电池产业技术副总工程师邓伦浩 目前国内锂电池的研究工作和国外相比，差距主要体现在电池的控制系统和电源 管理系统上。邓伦浩对记者说，现在国内对锂电池的研究处于各自开发的状态。目前，有的公司已经能 够为电 动汽车提供相应 的锂电 池配套产品，配 套的锂 电池一般能跑 200~500 公里左右。 邓伦浩告诉记者，现在国内锂电池的价格太高，电源管理系统的问题还没得到很 好地解决。电动汽车还面临充电的问题。目前，家里的一般线路不能为电动汽车锂电 池充电，必须配一个小型的专用充电器，而且充电的时间很长，很麻烦。在国外，为 了解决这一问题，一般都把充电站和加油站放在一起。现在国内的充电站还没有大规 模地建立起来。 国内锂电池研究存在三大问题 中国汽车工程学会电动汽车分会主任陈全世 陈全世告诉记者，目前国内锂电池研究存在三大问题。首先是制造的一致性问题。 由于在锂电池的制造工艺和设备上存在差距，使得国内锂电池的生产工艺参差不齐， 制造标准还达不到一致性。电动汽车所用的锂电池都是串联或并联在一起，如果一致 性问题解决不好，那么所生产的锂电池也就无法大规模应用于电动汽车。 其次是知识产权问题。目前国内在磷酸铁锂电池的研究上已经取得突破，但是由 于美国在这方面有专利，所以虽然我们在一些环节上能够自主研发，但是在知识产权 问题上，还不知如何应对。 第三是原材料的筛选问题。现在用于锂电池生产的原材料不可能全部进口，主要 还是取自国内， 但是国内的原材料要通过国际认证， 生产出的锂电池才能被国际认可， 所以在原材料认证环节上目前还存在一些问题。 大力发展电动汽车将增加能源供需紧张形势 中国国际经济合作学会经济合作部副主任杨金贵 目前中国 80%的二氧化碳排放来自燃煤，超过 50%的煤炭消费用于火力发电，而同时， 火力发电量占到总发电量的 70%以上。加之目前我国煤炭发电平均效率只有 35%，在这样 的情况下，发展电动汽车，无异于增加电力消耗，同时也就意味着增加碳排放量。随着我国 城镇化、工业化步伐的加快，电力资法律论文 源将更为紧张。而在风能、核能发电尚在发展阶段的我 国而言，大力发展电动汽车，势必将增加能源供需紧张形势，相反不利于低碳产业的发展布 局。对于政府来说，在不遗余力地支持电动汽车发展、支持相关企业开发新产品的同时，更 需要解决源头问题。以电动汽车为例，用煤炭替换石油的作为并不可取，电动汽车成为低碳 经济时代先锋的前提是解决电力资源问题，否则，前景并不乐观。 从以上各个专家的看法，可以看出我国要发展电动汽车是非常艰辛的和曲折的。但这并 不代表不可能， 只是时间问题， 只要我们攻关了那些技术难题， 电动汽车将会造福我们国民， 甚至全人类。因此，发展纯电动汽车势不可挡。