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化學(xué)電源的前世今生
張浩 翟佳羽 張兵//8858151.com2014-02-20來源:解放軍報(bào)
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  價(jià)值評估

  地位作用堪比石油

  化學(xué)電源,是一種能夠?qū)⑻N(yùn)藏在物質(zhì)中的化學(xué)能直接變成電能釋放出來的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備。

  隨著人類社會(huì)闊步進(jìn)入21世紀(jì),電池家族一改默默無聞只充當(dāng)備用品的舊貌,從手機(jī)到照相機(jī),從汽車到宇宙飛船,其應(yīng)用與人們的生活休戚相關(guān)。

  我們手機(jī)的傳輸基站每隔幾公里便有一座,如果沒有電池,這些通訊基站將無法正常運(yùn)行,手機(jī)也就無法使用。

  試想,如果每個(gè)人的手機(jī)都連上電線才能使用,那就沒有了“無線電話”;便攜式筆記本電腦也就變成了固定的“臺(tái)式機(jī)”,生活水準(zhǔn)便要倒退約30年。

  同理,如果沒有電池,也就沒有常規(guī)潛艇出現(xiàn);同步衛(wèi)星和宇宙飛船也就無法在地球的陰影區(qū)正常工作。不用贅述,我們已經(jīng)知曉了電池的非凡作用:它在源源不斷為現(xiàn)代化輸送著能量。

  據(jù)悉,在近期的美國戰(zhàn)略咨詢報(bào)告中,已將未來的電池看作與石油同等重要的戰(zhàn)略資源,開始對全球電池原材料產(chǎn)地、礦區(qū)等展開大規(guī)!叭Φ剡\(yùn)動(dòng)”。

  遠(yuǎn)景前瞻

  讓生活更絢麗多彩

  當(dāng)今時(shí)代,石油危機(jī)和環(huán)境污染的加劇,大大推動(dòng)了電動(dòng)車的飛速發(fā)展,這其中電池技術(shù)的基礎(chǔ)作用舉足輕重。

  進(jìn)入新世紀(jì)以來,納米技術(shù)、生物技術(shù)和新材料技術(shù)等不斷取得突破,同時(shí)也加速推動(dòng)了電池領(lǐng)域的騰飛。

  納米技術(shù)使得電池能夠嵌入微芯片。如果有一只蒼蠅在繞著你飛行,請當(dāng)心,沒準(zhǔn)這正是某種納米微型飛行器,是高性能電池賦予了它空中懸停與飛行的神奇動(dòng)力。

  生物技術(shù)使得電池更加綠色環(huán)保,使之源于自然而歸于自然。太陽能電池就好比樹葉,它們采集陽光,然后將其轉(zhuǎn)化為能量。如今,太陽能電池已可以實(shí)現(xiàn)由植物制造。

  電池?zé)o害化回收與處理始終是個(gè)大難題,F(xiàn)在好了,原生態(tài)新型高效太陽能電池面世,用后可以快速使之回歸自然。

  本世紀(jì)初,國外科學(xué)家還制造出新型“鉛炭電池”,具有物理儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能雙重功效,其充電速度與循環(huán)壽命成倍提高。此外,近年來燃料電池、鋰硫電池、鋰空氣電池等新技術(shù)相繼出現(xiàn),使得電池性能更加卓越。相信不久,時(shí)速超過400公里的電動(dòng)跑車、一次性充電可長期使用的手機(jī)等新產(chǎn)品將會(huì)相繼問世。

  服務(wù)戰(zhàn)爭

  為軍隊(duì)提供驅(qū)動(dòng)力

  那么,電池與現(xiàn)代戰(zhàn)爭有何關(guān)聯(lián)?影響有多大?

  我們先看一個(gè)戰(zhàn)例,海灣戰(zhàn)爭的第一個(gè)星期里,美軍依靠其信息化裝備優(yōu)勢,在幼發(fā)拉底河流域戰(zhàn)場所向披靡。然而一周后,勢如破竹的攻勢竟戛然而止。原來,這并非由于遭遇伊拉克軍隊(duì)的頑強(qiáng)抵抗,而是因?yàn)槊儡姏]有充分估量到高技術(shù)戰(zhàn)爭對電池消耗如此巨大,從而導(dǎo)致電池供應(yīng)鏈斷裂,大批信息化裝備“餓肚子”。

  現(xiàn)代戰(zhàn)爭是基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn),是信息化軍隊(duì)使用信息化武器裝備,在陸、海、空、天、電(磁)多維空間進(jìn)行的戰(zhàn)爭。電池在高技術(shù)戰(zhàn)爭中,不僅廣泛應(yīng)用于各個(gè)軍事領(lǐng)域,且需求量空前增長,大到艦艇、戰(zhàn)機(jī)、衛(wèi)星、空間站,小到定位接收機(jī)與微型偵察裝置等,與各種裝備渾然一體須臾不離。在靜音全電裝甲車和微型飛行器中,電池是無可替代的動(dòng)力源;在空間飛行器(衛(wèi)星、飛船等)中,由太陽能電池方陣、蓄電池及電子調(diào)節(jié)器構(gòu)成供電系統(tǒng),一旦空間電源發(fā)生故障,整個(gè)飛行器就會(huì)頓時(shí)失去作用;在制導(dǎo)武器、核武器、水雷、地雷、炮彈、新型手榴彈中,電池作為控制、引信電源,其性能好壞直接關(guān)系到彈、雷的命中率、殺傷威力和殺傷范圍等;在野戰(zhàn)通信裝備中,電池作為主供電源成為通信系統(tǒng)的生命線,一旦電池失效,部隊(duì)指揮將會(huì)立刻陷于被動(dòng)境地。

  高比能量鋰硫電池與太陽能電池配合,可使長航無人機(jī)不依賴燃料,僅僅依靠陽光便能環(huán)繞地球飛行,戰(zhàn)時(shí)可無聲無息到達(dá)任何區(qū)域完成戰(zhàn)術(shù)任務(wù)。

  高比功率電容器,使得電磁軌道炮發(fā)出的彈丸動(dòng)能比火藥推動(dòng)提高100倍,可對遠(yuǎn)距目標(biāo)直接攻擊。

  高比能量鋰空氣電池,能讓一個(gè)全身披掛最新電子設(shè)備的偵察兵只帶一塊電池連續(xù)作戰(zhàn)24小時(shí),從而擺脫海灣戰(zhàn)爭時(shí)期一塊電池只能用兩小時(shí)的尷尬局面。

  可見,高性能電池不僅與現(xiàn)代戰(zhàn)爭緊密相關(guān),而且持續(xù)影響著武器裝備性能的發(fā)揮乃至作戰(zhàn)全局。

  難怪外軍專家對電池應(yīng)用如此高度評價(jià):“在現(xiàn)在與未來的戰(zhàn)爭中,電池就是信息化裝備的心臟,它像提供血液一樣為戰(zhàn)場提供著涓涓不息的能量!”

  科學(xué)探秘

  電池家族返老還童

  化學(xué)電源,俗稱電池。

  你一定不知道,人類在兩千多年前便有了電池雛形?脊艑W(xué)家在古巴比倫一個(gè)洞窟中發(fā)現(xiàn)了當(dāng)今電池的原型構(gòu)造:一個(gè)銅管中插著一條鐵片。

  1859年的一天,法國科學(xué)家普朗特在實(shí)驗(yàn)室中將兩塊不同成分的鉛板插入硫酸溶液,結(jié)果出現(xiàn)了奇跡:鉛板向外部輸送出涓涓電流;此放電過程又能顛倒過來進(jìn)行——讓鉛板儲(chǔ)存電流。鑒于普朗特的巨大貢獻(xiàn),電池界最高獎(jiǎng)項(xiàng)被定名為“普朗特獎(jiǎng)”。

  19世紀(jì)末,在德國人卡爾·本茨發(fā)明世界上第一臺(tái)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車的同時(shí),電動(dòng)汽車也被發(fā)明出來。20世紀(jì)初,就未來汽車究竟用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)還是電池電力推動(dòng),曾歷經(jīng)一番激烈論戰(zhàn)。最終,雖然汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車成為主流得到迅猛發(fā)展,但電池電力也從未甘寂寞,迄今地球上奔跑的數(shù)億輛汽車中,每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)都與電池電力形影相伴。

  進(jìn)入20世紀(jì)末,電動(dòng)汽車與電子消費(fèi)革命催生了電池技術(shù)性能的巨大飛躍。一方面是不消耗化石資源和零排放,另一方面是強(qiáng)功能和高能效,兩大領(lǐng)域均展示出廣闊前景,為電池科技迅猛發(fā)展迎來了嶄新的春天。

  如今,電池應(yīng)用幾乎覆蓋了所有信息化和電氣化裝備領(lǐng)域。尤其近十余年來,電池儲(chǔ)能能力以每年10%漲幅持續(xù)高速增長,因而被譽(yù)為本領(lǐng)域的“摩爾定律”。

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