【文章內(nèi)容簡介】 氫氣作為燃料電池發(fā)電。? 現(xiàn)行太陽能制氫技術(shù)包括：太陽能分解水制氫；太陽能電解水制氫；太陽能光化學分解水制氫；太陽能太陽能光電分解水制氫；模擬植物光合作用分解水；光合微生物制氫?！　?核能技術(shù)核能技術(shù) 由單個質(zhì)子和中子組成原子核時，會出現(xiàn)由單個質(zhì)子和中子組成原子核時，會出現(xiàn)質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損 ：： Δｍｍ =[Zmp+(AZ)mn]m式中為式中為 mp質(zhì)子質(zhì)量，質(zhì)子質(zhì)量， mn為中子質(zhì)量。為中子質(zhì)量。 由愛因斯坦的理論得，與質(zhì)量虧損相對應由愛因斯坦的理論得，與質(zhì)量虧損相對應的能量改變?yōu)椋旱哪芰扛淖優(yōu)椋?ΔE=Δｍｃｍｃ 2 稱之為結(jié)合能。稱之為結(jié)合能。 核能技術(shù)核能技術(shù) 就是利用原子的核變化釋放出能就是利用原子的核變化釋放出能量的技術(shù)。量的技術(shù)。裂裂變變 1938年德國的年德國的 哈恩哈恩 和和奧地利女物理學家奧地利女物理學家 梅特納梅特納發(fā)現(xiàn)鈾分裂并產(chǎn)生的能量發(fā)現(xiàn)鈾分裂并產(chǎn)生的能量，比相同質(zhì)量的化學反應，比相同質(zhì)量的化學反應放出的能量大幾百萬倍以放出的能量大幾百萬倍以上！上！約里奧約里奧 伊麗夫伊麗夫約里奧約里奧 居里夫婦居里夫婦及其同事及其同事 哈爾班哈爾班等人又發(fā)現(xiàn)鈾核等人又發(fā)現(xiàn)鈾核裂變還放出兩、裂變還放出兩、三個中子來。三個中子來。費米提出鏈式反應費米提出鏈式反應費米費米 在在 1934年時，其實就已經(jīng)用實驗完年時，其實就已經(jīng)用實驗完成了原子的裂變，可惜他沒能認識到。成了原子的裂變，可惜他沒能認識到。哈恩哈恩 等發(fā)現(xiàn)裂變后，費米就提出原子裂等發(fā)現(xiàn)裂變后，費米就提出原子裂變自持鏈式反應的概念。變自持鏈式反應的概念。 1942年年 12月月 2日日 ， 第一座核反應堆第一座核反應堆 首次實首次實現(xiàn)自持的鏈式反應，宣告人類社會進入了現(xiàn)自持的鏈式反應，宣告人類社會進入了 原原子能時代子能時代 。 第一顆原子彈第一顆原子彈 于于 1945年年 7月月 在新墨西哥沙在新墨西哥沙漠中引爆漠中引爆 第一顆用于戰(zhàn)爭的原子彈，是第一顆用于戰(zhàn)爭的原子彈，是 1945年年 8月月 6日日 投在投在 廣島的原子彈廣島的原子彈 。原子彈的威力比化學炸。原子彈的威力比化學炸彈大彈大 一百萬到一億一百萬到一億 倍。倍。 第一顆第一顆 氫彈氫彈 于于 1952年年 在美國在太平洋馬紹在美國在太平洋馬紹爾群島首次爆炸試驗成功，是投到廣島原子彈爾群島首次爆炸試驗成功，是投到廣島原子彈威力的威力的 750倍。倍。 1954年年 蘇聯(lián)建成世界上蘇聯(lián)建成世界上 第一座核電站第一座核電站 。原子彈原理原子彈原理 核燃料存在一個臨界體積。當體積大于此核燃料存在一個臨界體積。當體積大于此臨界體積時，核反應將得到放大，否則鏈式臨界體積時，核反應將得到放大，否則鏈式反應將終止。臨界體積對應的質(zhì)量稱為臨界反應將終止。臨界體積對應的質(zhì)量稱為臨界質(zhì)量。例如鈾的臨界質(zhì)量為質(zhì)量。例如鈾的臨界質(zhì)量為 30磅，钚的臨界磅，钚的臨界質(zhì)量為質(zhì)量為 5磅磅 。 玻爾玻爾 研究指出，只有提煉出鈾的同位素研究指出，只有提煉出鈾的同位素U235 ，而且要達到一定的數(shù)量，才能發(fā)生鏈，而且要達到一定的數(shù)量，才能發(fā)生鏈式反應。式反應?？煽睾朔磻煽睾朔磻蛔偃f千瓦一座百萬千瓦級的壓水堆核級的壓水堆核電站，一年僅電站，一年僅需補充需補充 30噸核噸核燃料，其中僅燃料，其中僅消耗消耗 1噸左右，噸左右，同樣規(guī)模的熱同樣規(guī)模的熱電廠，要燃原電廠，要燃原煤煤 250萬噸萬噸 可控核反應堆堆芯示意圖可控核反應堆堆芯示意圖 核電站和原子彈是核裂變能的兩大應核電站和原子彈是核裂變能的兩大應用，兩者機制上的差異主要在于鏈式反應用，兩者機制上的差異主要在于鏈式反應速度是否受到控制。速度是否受到控制。 核反應堆按中子能量可分為：核反應堆按中子能量可分為： 熱中子熱中子堆堆 和和 快中子堆?？熘凶佣?。 熱中子堆：熱中子堆： 中子能量在中子能量在 。根左右。根據(jù)慢化劑和冷卻劑和燃料不同，熱中子堆據(jù)慢化劑和冷卻劑和燃料不同，熱中子堆可分為可分為 輕水堆（輕水堆（ 又分又分 壓水堆壓水堆 和和 沸水堆沸水堆 ）、）、重水堆重水堆 和和 石墨水冷堆石墨水冷堆 。前蘇聯(lián)切爾諾貝利核事故 1986年年 4月月 26日前日前蘇聯(lián)切爾諾貝利核蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站發(fā)生的事故，電站發(fā)生的事故，位于蘇聯(lián)大城市基位于蘇聯(lián)大城市基輔以北輔以北 130公里烏克公里烏克蘭大森林地帶東部蘭大森林地帶東部的切爾諾貝利核電的切爾諾貝利核電站，第四號機組發(fā)站，第四號機組發(fā)生了事故，反應堆生了事故，反應堆猛烈爆炸，大火被猛烈爆炸，大火被撲滅后，撤離了核撲滅后，撤離了核電站毗鄰地區(qū)及電電站毗鄰地區(qū)及電站周圍站周圍 30公里地帶公里地帶的居民。的居民。核事故之后核事故之后前蘇聯(lián)切爾諾貝利核事故發(fā)生后，為制止該電站第 4機組廢墟中殘留的核燃料擴散，有關單位用厚厚的混凝土堆造了一個有復雜通風系統(tǒng)的多層大型建筑物，把第 4機組的全部設施埋在其中，這個建筑物成了 “石屋 ”。在距核電站半徑在距核電站半徑 30公里公里以內(nèi)地區(qū)的動植物基因以內(nèi)地區(qū)的動植物基因發(fā)生了巨大變化，發(fā)生了巨大變化， 30公公里以外地區(qū)變化很小。里以外地區(qū)變化很小。如納羅季奇區(qū)有大約半如納羅季奇區(qū)有大約半數(shù)兒童甲狀腺異常或淋數(shù)兒童甲狀腺異?；蛄馨拖俜蚀蟆３扇税┌Y患巴腺肥大。成人癌癥患者成倍增加。先天性畸者成倍增加。先天性畸形家畜急劇增加。動植形家畜急劇增加。動植物體積竟變得比平常大物體積竟變得比平常大3倍以上，以致出現(xiàn)倍以上，以致出現(xiàn) “鼠鼠大如豬大如豬 。 ”福島第一核電廠事故? 是 2023年 3月 11日 日本 宮城縣 東方外海發(fā)生 矩震級 規(guī)模 大地震 后所引起的一次 核子 事故， 福島第一核電廠 因此次地震造成有 爐芯熔毀 危險的事故。同時此事件也是人類史上第一次在沿海地區(qū)發(fā)生核電廠意外的事件，其相關的核污染對于整個太平洋及沿岸國家城市的影響仍待觀察統(tǒng)計。核聚變核聚變 核聚變核聚變 是兩個輕原子核是兩個輕原子核 (如氫如氫 )聚合成一個聚合成一個較重的核，從而釋放出巨大的能量。較重的核，從而釋放出巨大的能量。 聚變是核裂變平均每個核子放出能量的四倍。聚變是核裂變平均每個核子放出能量的四倍。海水中氫與氘的原子數(shù)之比約為海水中氫與氘的原子數(shù)之比約為 1:一克氘經(jīng)聚變放出大約一克氘經(jīng)聚變放出大約 105千瓦時的能量千瓦時的能量1升海水中的氘核聚變放出的能量相當于燃燒升海水中的氘核聚變放出的能量相當于燃燒300升汽油所放出的能量。升汽油所放出的能量。地球上所有海水中的氘可供人類使用數(shù)百億地球上所有海水中的氘可供人類使用數(shù)百億年。年。氫彈氫彈 氫彈是不可控的熱氫彈是不可控的熱核反應。核反應。 1967年年 6月月 17日，中國第一日，中國第一顆氫彈爆炸成功顆氫彈爆炸成功方案：高效炸藥方案：高效炸藥 +裂變原裂變原料料 +氘化鋰。氘化鋰。選氘氚反應，因為選氘氚反應，因為 d+T反應截面比反應截面比 d+d反應大反應大兩個數(shù)量級兩個數(shù)量級T的制備的制備人類的希望人類的希望 ———— 受控熱核反應受控熱核反應 受控核聚變必須具備以下受控核聚變必須具備以下 3個條件：個條件：(1)足夠高的點火溫度，需要幾千萬攝氏度甚至幾億攝足夠高的點火溫度，需要幾千萬攝氏度甚至幾億攝氏度的高溫；氏度的高溫；(2)反應裝置中的氣體密度要很低，相當于常溫常壓下反應裝置中的氣體密度要很低，相當于常溫常壓下氣體密度的幾萬分之一；氣體密度的幾萬分之一；(3)充分約束，能量的約束時間要超過充分約束，能量的約束時間要超過 1秒鐘。秒鐘。 等離子體的溫度、密度和熱能約束時間三者乘積稱等離子體的溫度、密度和熱能約束時間三者乘積稱為為 “聚變?nèi)胤e聚變?nèi)胤e ”，當它達到，當它達到 1022時，聚變反應輸出的時，聚變反應輸出的功率等于為驅(qū)動聚變反應而輸入的功率，必須超過這功率等于為驅(qū)動聚變反應而輸入的功率，必須超過這一基本值，聚變反應才能自持進行。一基本值，聚變反應才能自持進行。 慣性約束慣性約束慣性約束：慣性約束： 激光慣性約束是在直徑為激光慣性約束是在直徑為 30100大氣壓大氣壓 的氘的氘氚混合氣體，用強激光（氚混合氣體，用強激光（ 10121014W））均勻照射，使氘氚混合氣體的均勻照射，使氘氚混合氣體的 密度是液密度是液體的一千到一萬倍體的一千到一萬倍 ，溫度達到，溫度達到 108K（恒（恒星上至少要星上至少要 700萬度）萬度） 而引發(fā)聚變。其而引發(fā)聚變。其它慣性約束方案：電子束、重離子束慣它慣性約束方案：電子束、重離子束慣性約束。性約束。磁磁約約束束磁約束：磁約束： 是利用強磁場可以很好地約束帶電粒是利用強磁場可以很好地約束帶電粒子這個特性，構(gòu)造一個特殊的磁容器（托卡馬子這個特性，構(gòu)造一個特殊的磁容器（托卡馬克），建成聚變反應堆，在其中將聚變材料加克），建成聚變反應堆，在其中將聚變材料加熱至數(shù)億攝氏度高溫，實現(xiàn)聚變反應。熱至數(shù)億攝氏度高溫，實現(xiàn)聚變反應。 二十世紀五十年代初期，前蘇聯(lián)科學家提出托卡馬二十世紀五十年代初期，前蘇聯(lián)科學家提出托卡馬克的概念。托卡馬克（克的概念。托卡馬克（ TOKAMAK）在俄語中是由）在俄語中是由 “環(huán)形環(huán)形 ”、 “真空真空 ”、 “磁磁 ”、 “線圈線圈 ”幾個詞組合而成，幾個詞組合而成， 其它海水鹽差發(fā)電? 用一層多孔質(zhì)隔膜置江河入海口處，二邊插入電極，由于滲透壓力差而產(chǎn)生電動勢。? 技術(shù)關鍵：多孔質(zhì)隔膜如何能將淡水和海水隔開而又形成滲透壓磁流體發(fā)電示意圖 蓄能和換能技術(shù)蓄能和換能技術(shù) 電的蓄能技術(shù)大致分三類：一是直接電的蓄能技術(shù)大致分三類：一是直接儲存電磁能，如：超導線圈蓄能系統(tǒng)，就儲存電磁能，如：超導線圈蓄能系統(tǒng)，就屬于這一類；二是把電能轉(zhuǎn)化為化學能儲屬于這一類；二是把電能轉(zhuǎn)化為化學能儲存，如鉛電池、鈉硫電池、鋅氯電池等；存，如鉛電池、鈉硫電池、鋅氯電池等；三是把電能轉(zhuǎn)化為機械能儲存，如制造壓三是把電能轉(zhuǎn)化為機械能儲存，如制造壓縮空氣，在用電高峰時讓它推動渦輪機發(fā)縮空氣，在用電高峰時讓它推動渦輪機發(fā)電。還有電。還有 抽水蓄能抽水蓄能 技術(shù)，利用多余電力技術(shù)，利用多余電力驅(qū)動水泵，把河里的水抽到高處的水池或驅(qū)動水泵，把河里的水抽到高處的水池或水庫中。水庫中。 (1) 顯熱蓄能技術(shù)顯熱蓄能技術(shù) ：利用比熱容較大的物質(zhì)，：利用比熱容較大的物質(zhì)，在物質(zhì)形態(tài)不變的情況下，隨著溫度的變化在物質(zhì)形態(tài)不變的情況下，隨著溫度的變化，吸收或放出熱量來蓄能?，F(xiàn)在應用最廣泛，吸收或放出熱量來蓄能?，F(xiàn)在應用最廣泛的就是冷、熱水蓄能技術(shù)。的就是冷、熱水蓄能技術(shù)。 (2) 潛熱蓄能技術(shù)潛熱蓄能技術(shù) ：是利用物質(zhì)相變時需要吸：是利用物質(zhì)相變時需要吸收或放出熱量的特性來儲存或釋放能量，包收或放出熱量的特性來儲存或釋放能量，包括冰蓄冷技術(shù)和共晶鹽蓄能技術(shù)。括冰蓄冷技術(shù)和共晶鹽蓄能技術(shù)。 (3) 熱化學蓄能技術(shù)熱化學蓄能技術(shù) ：在一定的溫度范圍內(nèi)某：在一定的溫度范圍內(nèi)某些物質(zhì)吸熱或放熱時，會產(chǎn)生某種熱化學反些物質(zhì)吸熱或放熱時，會產(chǎn)生某種熱化學反應。利用這一原理構(gòu)成的蓄冷技術(shù)稱之為熱應。利用這一原理構(gòu)成的蓄冷技術(shù)稱之為熱化學蓄能技術(shù)?；瘜W蓄能技術(shù)。 電池電池 電池是一種將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。電池是一種將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。（（ 1）） 原電池原電池 ：指電池放電時，活性物質(zhì)不斷：指電池放電時，活性物質(zhì)不斷地被消耗，到一定程度電池便停止工作地被消耗，到一定程度電池便停止工作 .（（ 2）） 蓄電池蓄電池 ：又稱二次電池，電池放電后通：又稱二次電池，電池放電后通過充電方法使活性物質(zhì)復原而供再次放電的電過充電方法使活性物質(zhì)復原而供再次放電的電池池 。（（ 3）） 貯備電池貯備電池 ：貯備期間，活性物質(zhì)不與電：貯備期間，活性物質(zhì)不與電解質(zhì)直接接觸，使用時注入電解液或電解質(zhì)熔解質(zhì)直接接觸，使用時注入電解液或電解質(zhì)熔化?；＃ǎ?4）） 燃料電池燃料電池 ：電池供電時，活性物質(zhì)輸入：電池供電時，活性物質(zhì)輸入電池能連續(xù)工作。電池能連續(xù)工作。電池不同的分類電池不同的分類蓄電池蓄電池 蓄電池蓄電池 是是 1859年由普蘭特年由普蘭特 (Plante)發(fā)明的發(fā)明的，至今已有一百多年的歷史。鉛酸蓄電池自，至今已有一百多年的歷史。鉛酸蓄電池自發(fā)明后，在化學電源中一直占有絕對優(yōu)勢。發(fā)明后，在化學電源中一直占有絕對優(yōu)勢。這是因為其價格低廉、原材料易于獲得，使這是因為其價格低廉、原材料易于獲得，使用上有充分的可靠性，適用于大電流放電及用上有充分的可靠性，適用于大電流放電及廣泛的環(huán)境溫度范圍等優(yōu)點。廣泛的環(huán)境溫度范圍等優(yōu)點。 1975年，年，GatesRutter公司發(fā)明公司發(fā)明 VRLA的電池，成為當今的電池，成為當今主要使用的蓄電池。主要使用的蓄電池。蓄電池原理蓄電池原理把把 A、 B兩塊鉛板插入硫酸溶液中，鉛與硫酸作用的兩塊鉛板插入硫酸溶液中，鉛與硫酸作用的結(jié)果，使結(jié)果，使 A、 B兩塊鉛板上形成硫酸鉛，溶液中也被兩塊鉛板上形成硫酸鉛，溶液中也被硫酸鉛飽和，這時還沒有電勢，給蓄電池充電時，硫酸鉛飽和，這時還沒有電勢，給蓄電池充電時，在兩極上發(fā)生的化學反應如下：在兩極上發(fā)生的化學反應如下：A。PbSO4+2H2O 2e→PbO 2+H2SO4+2H+。B:PbSO4+2e→Pb+SO 42。充電后，充電后， A板上的板上的 PbO2成為正極，成為正極， B板上板上 Pb成為負成為負極。放電時兩極發(fā)生的反應如下：極。放電時兩極發(fā)生的反應如下：正極：正極： PbO2+H2SO4+2H+ 2e→PbSO 4+2H2O2e。負極：負極： Pb+SO42→PbSO 4+2e。氫燃料電池氫燃料電池 燃料電池工作時無噪聲、無塵埃、無輻射、不污燃料電池工作時無噪聲、無塵埃、無輻射、不污染環(huán)境，是一種清潔的能源。燃料電池的另一個特染環(huán)境，是一種清潔的能源。燃料電池的另一個特點是可以長時間連續(xù)工作，只要燃料供應不斷，電點是可以長時間連續(xù)工作，只要燃料供應不斷，電池能持續(xù)不斷向負載輸出電能。供電功率比一般電池能持續(xù)不斷向負載輸出電能。供電功率比一般電池大得多。池大得多。 燃料電池燃料電池 的基本組成：電極、電解質(zhì)、燃料和氧的基本組成：電極、電解質(zhì)、燃料和氧