储能材料的现在和未来-2

储能材料的现在和未来第二章储能材料简介2.1能量储存的基本原理能量转化及守恒原理是自然界的一个普遍规律——在自然界的各种变化中，能量既不会无中生有，也不会自行消灭，只会从一种形式转化为另一种形式，而转化时总能量是恒定的。例如，力学中的动能与势能互相转化，电化学中在电池里发生的电能与化学能互相转化、尽皆守恒能量转换是指能量从一种形式转化为另一种形式或是从一个物体转移到另一个物体。•能量的形式可以用不同的方法来描述。声能主要是分子前后有规律的运动；热能是分子的无规则运动；重力能产生于分隔物体的相互吸引……尽管各种能量的表现形式大不相同，但是，每种能量都能采用一种方法来测量，这样就能够搞清楚，有多少能量由一种形式转化为另一种形式。不论什么时候，一个地方或一种形式的能量减少了，另一个地方或另一种形式就会增加同样数量的能量。在一个系统中不论发生渐变还是骤变，只要没有能量进入或者离开这个系统，那么系统内部各种能量立和将不发生变化。•电能转化热能•电能转化热能一般通过热电阻或热辐射，例如家用的电热炉，是在热阻丝内通过大量电流使热阻丝产生大量热能，通过热辐射传导给周围环境。也可以通过微波装置，使电能转化成微波，通过直接的热辐射转为热能•热能转化电能•至今为止，人类还没想出很有效率的方法可以让热能直接转化为电能，似乎人类只发明了电能和机械能转化的装置，所以，如果想任何形式能量转换为电能，必须先转换为机械能。但是，有的物质如陶瓷等，在温度变化时可以产生电势差，进而产生微弱电能，但无法用于发电。•碳纤维电暖器是近几年研制的高科技供暖产品，它即将引领家庭供暖的一场革命，也将成为供暖领域的新突破温度升上去，费用降下来。•碳纤维电暖器独特的制作方法：•碳纤维电暖器材料是采用了应用在航天航空等高科技领域中应用的碳纤维材料，添加远红外线发射剂以特殊的工艺在高温高压等状态下复合而成的发热元件，是一种低功率、高效率、大面积辐射供暖的高新技术产品。碳纤维电暖器发热原理：碳纤维与其他传统的电阻电热材料相比有着独特的电热性能。其发热原理是：在电引发激励的条件下基本粒子在热组件中作高速运动，在其不规则导体面上产生“晶格震动”撞击和摩擦产生热能、穿透介质、释放能量。•机械能转化电能•通过切割电磁圈的磁感线，可以使机械能转化为电能。在电机中，机械能和电能可以互逆转换。•光能转化电能•可以通过光电效应使光照射在金属表面而辐射出电子，通过这种方法，人类设计了太阳能板，太阳能板是通过阳光照射硅晶体的PN结产生空穴电压产生电能的，光能转化电能是相对比较有效的转换方式，并且随着不可再生能源的枯竭，人类越来越重视可再生清洁能源的应用，光能就是最受关注的清洁能源之一。发电机（英文名称：Generators）是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产、国防、科技及日常生活中有广泛的用途。1831年10月28日法拉第发明了圆盘发电机MichaelFaraday，1791年9月22日～1867年8月25日）英国物理学家、化学家，也是著名的自学成才的科学家•化学能转化电能•通过化学反应使得正电子和负电子分别在阳极和阴极汇聚，其实这也是电池的放电过程。•电能转化机械能•借助电磁感应效应，人类设计了电机，可以使电能轻松转化为机械能。在电机中，电能和机械能可以互逆转换。•电动机（Motors）是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈（也就是定子绕组）产生旋转磁场并作用于转子（如鼠笼式闭合铝框）形成磁电动力旋转扭矩。•电动机主要由定子与转子组成，通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线（磁场方向）方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。•化学能转化热能•通过可燃物的燃烧，伴随着光能的同时也产生大量热能。•热能转化机械能•至今人类想到的最好方法，只有通过加热水进而通过水蒸气驱动机械做功，自从瓦特发明蒸汽机以来，人类一直沿用这个方法进行转换。JamesWatt1776年制造出第一台有实用价值的蒸汽机•机械能转化热能•机械做功摩擦可以产生热能，但一般效率不高，而且在实际应用中无法通过这样的转化大量提供热能，只作为机械能的能量损耗而已。•光能转化热能•光能在照射到物体时，自然就会伴随热能的传导，但不同波段的光波导热能力不同。•光能转化机械能•太阳帆，太阳能电池板•光能转化化学能•植物吸收太阳光进行光合作用•光化学反应，光催化反应太阳帆（英文名：Solarsails），利用太阳光的光压进行宇宙航行的一种航天器。由于这种推力很小，所以航天器不能从地面起飞，但在没有空气阻力存在的太空，这种小小的推力仍然能为有足够帆面面积的太阳帆提供10－5～10－3g左右的加速度。宇宙一号光触媒PHOTOCATALYSIS是光Photo=Light+触媒（催化剂）catalyst的合成词。光触媒是一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质，光触媒是利用自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量，来产生催化作用•光触媒于1967年被当时还是东京大学研究生的藤岛昭教授发现。在一次试验中对放入水中的氧化钛单结晶进行了光线照射，结果发现水被分解成了氧和氢。这一效果作为“本多·藤岛效果（Honda-FujishimaEffect）而闻名。由于是借助光的力量促进氧化分解反应，因此后来将这一现象中的氧化钛称作光触媒。这种现象相当于将光能转变为化学能，以当时正值石油危机的背景，世人对寻找新能源的期待甚为殷切，因此这一技术作为从水中提取氢的划时代方法受到了瞩目。光催化水产氢实验系统•纳米材料由晶粒1~100nm大小的粒子所组成。粒径极为微细，具有极大的比表面积，且随着粒径的减少，表面原子百分比提高。在表面上由于大量原子配位的不完全而引起高表面能的现象。表面能量占全能量的比例大幅提高，使纳米材料具吸附、光吸收、熔点变化等特性。•纳米二氧化钛光触媒是一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质，就象植物的光合作用中的叶绿素。二氧化钛光触媒在太阳光或室内荧光灯的照射下能产生抗菌、除臭、油污分解、防霉防藻、空气净化的作用。第二章储能材料简介2.2热力学第二定律热力学第二定律（secondlawofthermodynamics），热力学基本定律之一，其表述为：不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。又称“熵增定律”，表明了在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（即“熵”）不会减小。克劳修斯表述不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。开尔文表述不可能制成一种循环动作的热机，从单一热源取热，使之完全变为功而不引起其它变化。熵表述随时间进行，一个孤立体系中的熵总是不会减少。微观意义：一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。再好的储能材料，储能设备，也不可能违背热力学定律。储能温室•greenhouse.avi第二章储能材料简介2.3未来的世界取决于储能材料的发展储能的内涵储能即储存能源，这个能源可以是热能、电磁能、机械能、化学能等，人类已找到了可储存这些能量的材料。储热能比如用熔融盐，储电磁能比如用电容器或超导体，储机械能比如用飞轮或抽水蓄能电站，储化学能比如常见的各种电池。储存光能、核能也是储能的一种，但人类还没有找到可人工储存这两种能量形式的材料。能量密度这个指标是一把双刃剑，指单位体积或质量的物体所能储存的能量。能量密度太低，表示这种储能材料不经济——要很大或很重的物体才能储存够多的能量;能量密度太高，表示这种储能材料不安全——在有限空间或质量的物体内储存巨大能量，这个物体就是炸弹，比如小巧的核弹头内储存着大量的核能，释放能量时产生巨大破坏力。储能的动力围绕这个指标，人类一直在寻求平衡，希望能够找到一种安全且能量密度高的储能材料。很幸运，人类很早就发现了适合的储能材料——煤炭、石油、天然气。这是地球给人类的馈赠，经过了数亿年的光合作用和地质运动，地球将能量密度低的太阳能，储存到了这些能量密度高且利用相对安全的化石能源中。人类也因此进入了现代文明。不过地球母亲的馈赠毕竟是有限的，人类使用化石能源的速度远远超过地球能承受的限度，人类只好再另觅能源。太阳能，以及由太阳能所产生的风能、海洋能(潮汐能不是来源于太阳能)、生物质能，步入人们的视野。只不过人类没有足够的智慧和足够的时间，让这些能源也变成化石能源一样的高密度能源，大部分是通过发电，直接并迅速地利用了这些能源。但这些能源最大的问题是时有时无的间歇性和时大时小的波动性，并且还很难预测，这使得一直想认识世界改造世界的人类非常懊恼。在用能需求不变的前提下，有两种办法解决问题：1、把一个地方多余的能量运到另一个需要能量的地方去。目前把1度电送去别处的成本约1至5角钱(依靠电网)2、把多余的能量储存起来，等需要的时候再用。把1度电储存起来在释放出来的成本超过1元钱，有些储能方式成本远超1元钱（寿限于储能装备和储能材料）以锂电池为例说明储能成本目前1kWh的锂电池成本超过2000元，而循环寿命约2000次，在不考虑放电深度和容量衰减的条件下，充放1kWh电能的成本是1元钱。输电所用的材料基本上是铜铝钢，也有一部分陶瓷和半导体材料，都比较好获得，资源量也丰富。而储能所需原材料多种多样：化学储能要各种各样的金属和非金属材料，有些还有污染;电磁储能要超导材料或者电容器中的电介质材料;热储能要各种高温化学热工质;机械储能对原材料要求不高，但也有特殊要求，比如抽水蓄能要选址上下都有水库的山，压缩空气储能需要一个大洞，飞轮储能需要磁悬浮材料等等。对比来看，储能真是条很艰辛的路。储能的未来----储能可以更好的应用在两个方面：1、不规律移动的用能系统。最典型的是电动汽车。2、需要快速储能或用能的领域。最典型的是电力系统调峰。规律的移动用能系统，比如火车，是可以做电气化改造的，沿线敷设输电线路的成本还可以接受。全国首条储能式无轨电车示范线年内在鄞州通车使用了超级电容储器的无轨电车一靠站，利用乘客上下车的时间便可充电，解决了传统电车充电慢的缺点。储能式无轨电车与有轨和其他无轨电车相比，全程不设架空网、视觉景观效果好，有利于净化城市空间，无论是对提升城市交通运力、提倡节能环保，还是促进产业发展都具有重要意义。电动汽车-特斯拉：美国的著名纯电动车制造商众泰电动汽车：产地中国浙江国内的技术真的很差劲吗？当所有人都在称赞国外的技术有多牛多牛的时候，有没有人会回过头来看看国内，是不是也有一些技术不错的企业崭露头角？“技术为战略服务，其次才为产品服务，一个产品错了没关系，但战略错误了就很难挽回。中国企业的技术其实并不差，只不过过去我们落后太久了，现在没人相信我们能找到外国人前面去。传统的车或巴士(燃油)可以国际采购零件回来进行组装，但是要做电动大巴(靠国际采购)是不可能做到的。比亚迪光在电池这一块的研发就有一千多人，这数量上是全球规模最大的，同类的日本电池厂商也只有三百到四百的研发人员。”BYD“七加四战略”抗衡牛掰Tesla储能设备可以发挥自身充放电速度快的优势，帮助电力系统调节功率平衡，并在辅助服务市场中盈利。例如现在的抽水蓄能电站，就是用来快速调节功率平衡的。目前有些用户安装了储能设施，并利用峰谷电价差盈利生活小贴士：杭州峰谷电的时间是怎么分配的？峰电:8:00到22:00谷电:22:00到8:00根据现行的《浙江省电网销售电价表》，居民生活用电峰谷电价为：月用电量50千瓦时及以下部分：高峰电价0.