現(xiàn)代化學與能源(存儲版)
【正文】 能實驗非常困難，因為核力是一種短程力，只有當它們之間的距離接近到大約萬分之一毫米時，核力能才起作用，使兩個原子核聚合在一起，放出巨大的能量。 電池的分類： 電池按照其使用性質(zhì)的不同可以分為干電池、蓄電池、儲備電池和燃料電池等幾大類。作為一種最接近于實用化的環(huán)保型新能源，燃料電池已經(jīng)受到了人們的廣泛關注。 ? 能源結構單一，過渡依賴化石能源。最后再經(jīng)過分離提純，得到可以用于交通工具的燃料。植物通過還原碳元素的形式將太陽能固定下來，能否不要將太陽能固定在碳元素中得到利用呢？人工光合作用將使這種想法成為可能，它完全拋棄了植物載體，只利用光合作用的原理，通過光裂解水分子，直接提取氫氣。這一發(fā)現(xiàn)對于了解和復制水裂解化學過程具有重要意義。 人工光合作用的研究為太陽能制氫提供了另外一條途徑。 2CH4 + O2=4H2 +2CO 加入催化劑，系統(tǒng)轉化效率會大大提高。 (3)高度的可靠性 氫能經(jīng)濟的背景 ? 大氣中二氧化碳逐年增加，地球不斷變暖，生態(tài)環(huán)境惡化，自然災害頻發(fā)，造成的損失逐年增加。 鋰電池自行車 目前，商業(yè)化鋰離子二次電池的正極材料主要是 LiCoO2，負極材料主要為C，充電時發(fā)生如下反應： 正極反應： LiCoO2＝ Li1xCoO2 + xLi+ + xe 負極反應： C + xLi+ + xe＝ CLix 電池總反應： LiCoO2 + C＝ Li1xCoO2 + CLix 放電時發(fā)生上述反應的逆反應。 科學家建造了一個如同面包圈形狀的空腔，空腔內(nèi)是真空，其外是產(chǎn)生磁場的線圈。 （二）核聚變 太陽的中心發(fā)生核聚變，放出巨大能量。 “火葬”是美國能源部研制的一種處理核廢料的先進方法?！翱於选痹鲋澈巳剂习砚欃Y源的利用率大大提高了，因為它正好解決了熱中子核反應堆產(chǎn)生的大量 238U廢料堆積問題。 鏈式反應 中子 鈾 235 核分裂 逃 逸 人們將核反應堆形象地比喻為核電站的“鍋爐”，在這種“鍋爐”里燒的是鈾、钚等核燃料。 低溫熱利用： 地膜、塑料大棚 以及干燥器、蒸餾、供暖、太陽能熱水系統(tǒng) 中溫熱利用： 空調(diào)制冷、制鹽以及 其它工業(yè)用熱 高溫熱利用： 聚焦形太陽灶、焊接機 和高溫爐 （ 3）對紫外線的利用 紫外線具有殺菌功效。 染料敏化太陽能電池和植物的光合作用 染料敏化太陽能電池的工作原理圖 由于 TiO2的禁帶寬度較大 (32eV)，可見光不能將其直接激發(fā)；在其表面吸附一層染料敏化劑后，染料分子可以吸收太陽光而產(chǎn)生電子躍遷。銦、硒：稀有元素） ? 功能高分子材料制備的大陽能電池 （處于研發(fā)初期、轉化效率低、使用壽命短） ? 染料敏化納米晶體太陽能電池 （正在研發(fā)） 無機太陽能電池 ? 半導體中可以利用各種勢壘如 pn結、肖特基勢壘、異質(zhì)結等形成光伏效應。 （ 3）成本低廉，可以再生。 太陽光譜圖 地球軌道上的平均太陽輻射強度為 1367kw/m2。在 2023年，我國石油消費量達 3億噸，其中進口 1億噸，估計到 2023年，我國石油消費量要達 ，其中進口量要達，到 2050年，我國石油消費量要達 6億噸，其中進口量要達 4億噸，相當于目前美國的石油進口量。 1997年最高產(chǎn)量為 5600萬噸 /年 2023年為 5013萬噸 /年 2023年計劃產(chǎn)量 4830萬噸 /年 進入遞減開采期。 目前人類所能夠使用的能源形式 美國《科學美國人》雜志在 1971年 7月刊刊登的“地球的能量資源”一文中提供了如下數(shù)據(jù)，到達地球的太陽輻射能的主要幾條去路： 1 直接反射 52023109kJ/s 2 以熱能形式離開地 球 81000109 kJ/s 3 水循環(huán) 40000109 kJ/s 4 大氣循環(huán) 370109 kJ/s 5 光合作用 40109 kJ/s 太陽能能量流向示意圖 （一）對太陽能的間接利用 （ 1）通過光合作用的形式利用太陽能 太陽能的間接利用 煤炭 —— 當代工業(yè)的糧食 石油 —— 當代工業(yè)的血液 天然氣 —— 最清潔的化學能源 可燃冰 —— 未來的新能源 生物質(zhì)能 —— 前景廣闊的綠色能源 煤炭的結構 煤炭液化 煤炭液化是指以煤炭為原料，通過化學加工過程，生產(chǎn)油品和石油化工產(chǎn)品。太陽能電池就屬于這種轉換方式。 工作原理 染料敏化納米晶體太陽能電池 目前 ， DSSCs的光電轉化效率已能穩(wěn)定在 10％ 以上，壽命能達 15～20年，且其制造成本僅為硅太陽能電池的 1/5～ 1/10. 1991年 ※ ， Gr228。 光電陽極 : Dye + hν→Dye* ( 染料激發(fā) ) Dye*→Dye ++ｅ (TiO2)(產(chǎn)生光電流 )
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