家里哪些東西需要電池?十多年前,許多人會(huì)回答:手電筒、大哥大。
如今答案卻是五花八門:手機(jī)、平板電腦、電子書、遙控器、智能手表、電動(dòng)自行車……
說明什么道理呢?中國(guó)科學(xué)院“長(zhǎng)續(xù)航動(dòng)力鋰電池”項(xiàng)目首席科學(xué)家李泓說,未來社會(huì)發(fā)展特點(diǎn)是智能化和移動(dòng)化,必然會(huì)用到多種多樣的電池。這一趨勢(shì)將越來越明顯。
電池?zé)o處不在,各種“快沒電了”的情況也讓人猝不及防。研發(fā)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的超級(jí)電池,成為人們普遍的期待。
作為新工業(yè)革命的一種支撐性技術(shù),小小電池的技術(shù)進(jìn)步,也會(huì)撬動(dòng)全球能源大格局,對(duì)社會(huì)生活的影響可是方方面面。不信來看:
一、新能源車,“飛在了風(fēng)口上”
有沒有想過未來會(huì)是一個(gè)沒有燃油車的世界?隨著全球變暖,減排的緊箍咒越念越緊,人們已經(jīng)醒悟,過去的生活方式難以為繼,新能源車迎來“風(fēng)口”。
2015年底,德國(guó)、荷蘭、挪威和英國(guó)宣布,計(jì)劃到2050年全面禁止汽油車和柴油車的生產(chǎn)與銷售。日本豐田汽車公司去年也宣布計(jì)劃于2050年停止推出汽油車和柴油車,轉(zhuǎn)為大力發(fā)展混合動(dòng)力、純電動(dòng)以及燃料電池汽車。中國(guó)近來也大力支持發(fā)展新能源車。
對(duì)正在起飛的新能源車來說,核心技術(shù)之一就是電池。誰(shuí)的電池技術(shù)讓車子跑得遠(yuǎn)、充電快,就能贏得市場(chǎng)。今后你的愛車常去的地方將變成充電樁,而非加油站。
二、機(jī)器人,用干電池可不頂事
電影《星球大戰(zhàn)》中的人形機(jī)器人C-3PO,符合許多人對(duì)服務(wù)型機(jī)器人的想象。
未來將有更多服務(wù)型機(jī)器人進(jìn)入到社會(huì)生活中,這些機(jī)器人非常耗電,但它們不可能隨時(shí)拖著電線走。許多人說,機(jī)器人要是都能像哆啦A夢(mèng)一樣,體內(nèi)有一個(gè)能將食物轉(zhuǎn)化成能量的原子爐就好了,不過這是傳說中2112年的科技。
機(jī)器人仍然需要電池。如果拿C-3PO來做例子,需要多少電池呢?
美國(guó)《連線》雜志網(wǎng)站曾刊登文章,專門分析人形機(jī)器人C-3PO到底需要背多大一坨電池的問題。從劇中它的金屬重量和活動(dòng)量來看,如果用5號(hào)干電池的話,至少需要3000節(jié)之多。
龐大的電池包必然成為累贅。電池是未來機(jī)器人發(fā)展的瓶頸,卻也是必須邁過的坎。能量密度更大、可循環(huán)使用的“超級(jí)電池”的研發(fā)已經(jīng)箭在弦上。
三、能量回收,“星際迷航”設(shè)想成真
美國(guó)《星際迷航》系列科幻電視劇里,曾有過一個(gè)能量回收裝置,飛船里人們的各類活動(dòng)產(chǎn)生的能量都被循環(huán)利用?,F(xiàn)實(shí)生活中,電池技術(shù)已經(jīng)讓這種能量回收在許多地方成真。
港口起重機(jī)懸臂落下、電梯下降、車輛剎車……這些工業(yè)和生活領(lǐng)域都有勢(shì)能浪費(fèi)的情況。比如垂直升降電梯,將電梯落下時(shí)的重力勢(shì)能收集利用,就需要用到儲(chǔ)能電池,一般節(jié)電率在20%到45%之間。而電動(dòng)車剎車時(shí)的動(dòng)力勢(shì)能回收,可以增加20%的續(xù)航能力。
四、智能電網(wǎng),并非“天方夜譚”
智能電網(wǎng)指一個(gè)完全自動(dòng)化的電力傳輸網(wǎng)絡(luò),能夠監(jiān)視和控制每個(gè)用戶和電網(wǎng)節(jié)點(diǎn),保證在輸配電過程中,哪里需要電,電流就去哪兒,不會(huì)浪費(fèi),也不會(huì)亂跑而引起電壓不穩(wěn)或跳閘等問題。
電池儲(chǔ)能是智能電網(wǎng)的一個(gè)重要技術(shù)。比如對(duì)于同時(shí)擁有太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的大樓來說,當(dāng)太陽(yáng)能產(chǎn)生的電力有盈余,就能被儲(chǔ)存在電池中,在電費(fèi)較高的時(shí)段拿來使用。到了深夜的低電費(fèi)時(shí)段,再使用傳統(tǒng)電網(wǎng)的電力。
在小規(guī)模用電系統(tǒng)中,比如一個(gè)孤立的村子或家庭,沒有電網(wǎng)連接,只有單一的太陽(yáng)能或風(fēng)能等來源供電,也需要用電池儲(chǔ)能,以在發(fā)電高峰和用電高峰不匹配時(shí)進(jìn)行平衡。
分析人士預(yù)測(cè)說,儲(chǔ)能電池系統(tǒng)的市場(chǎng)規(guī)??赏?023年超過135億美元。
五、人體植入設(shè)備,最常見的需要
植入式心臟起搏器與除顫器、多種神經(jīng)刺激器、藥物泵、心電記錄器……算一算到底有多少種類的人體植入設(shè)備?恐怕難以說清。
醫(yī)療電子設(shè)備越來越先進(jìn),各種各樣由電池供電的植入式醫(yī)療器械已被廣泛應(yīng)用于檢測(cè)和治療各種疾病,僅以植入式心臟起搏器為例,現(xiàn)在全世界每年有超過50萬(wàn)個(gè)心臟起搏器被植入人體。
未來會(huì)有越來越多的微型醫(yī)療裝置植入體內(nèi),以作為智能醫(yī)療的傳感器,這對(duì)于治療疾病有著巨大作用。電池在其中發(fā)揮的關(guān)鍵作用不言而喻。
六、基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域,需要永遠(yuǎn)的“備胎”
對(duì)于許多重要的基礎(chǔ)設(shè)施,比如4G網(wǎng)絡(luò)通信基站、天河二號(hào)等超級(jí)計(jì)算中心、銀行及其他一些國(guó)家要害部門,都需要保持任何時(shí)候不能斷電,這就需要有備用電源。
對(duì)這些電源的要求必然是非??煽浚掷m(xù)時(shí)間長(zhǎng)?,F(xiàn)在工業(yè)上常用的備用電源是鉛酸電池,個(gè)頭很大。如果將來采用能量密度更高的鋰電池,就能騰出更多的空間給核心設(shè)備。
七、上天入海,神通都要靠它
在航空航天領(lǐng)域,所有的飛機(jī)上都要有備用電源。有些特別前瞻的企業(yè)在發(fā)展電動(dòng)飛機(jī),比如瑞士的“陽(yáng)光動(dòng)力二號(hào)”飛機(jī)就在去年嘗試依靠太陽(yáng)能電池環(huán)球飛行,但最后停在了夏威夷,原因是儲(chǔ)能的鋰電池出了問題。這凸顯電池的重要性。
在深海潛航方面,潛水器也需要用到電池技術(shù)。比如能下潛7000米的中國(guó)“蛟龍”號(hào)載人潛水器,其主動(dòng)力電源、輔助動(dòng)力電源、應(yīng)急救生電源都要用到深海耐壓鋅銀系列電池,這種電池具有重量輕、析氣量少的特點(diǎn),特別適合在海底工作。
未來人們旅行中,上天入海的頻率將越來越高,超級(jí)電池對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的影響將舉足輕重。(記者楊駿、黃堃)
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