關(guān)注能源科技 打好知識(shí)基礎(chǔ)

關(guān)于能源科技的文章，我們已陸續(xù)刊發(fā)了二十

余篇，這一期，和同學(xué)們一同簡單回顧一下我們曾在

前面文章中提到的能源技術(shù)，希望能幫助大家勾勒

出一個(gè)較為完整的圖景。

我們首先淺談了人類利用能源的歷史，文明的發(fā)

達(dá)程度和我們利用能源的廣度和深度有著直接的聯(lián)

系，可以直言不諱地說，能源是財(cái)富的來源，這不僅僅

體現(xiàn)在中東石油生產(chǎn)國和中國煤礦主的富有上，更

體現(xiàn)為我們的吃、穿、用、住方方面面都要依賴能源

的有效供給，一方面，我們?yōu)榻裉斓奈拿鞫院溃覀?/p>

有互聯(lián)網(wǎng)，有高速鐵路；另一方面，我們驚奇地發(fā)現(xiàn)，

今天的高度文明依然建立在我們無節(jié)制地燃燒這個(gè)

星球花上億萬年才固化的碳的基礎(chǔ)上，在工業(yè)革命之

前，我們砍伐森林，燒制木炭，獲得燃料，已經(jīng)付出了

環(huán)境代價(jià)，如，我國在先秦時(shí)曾經(jīng)青山綠水、植被蔥

郁的黃河流域，到明清時(shí)期卻變成了溝壑縱橫的荒

山禿嶺，水土流失嚴(yán)重，第一次工業(yè)革命事實(shí)上是被

煤炭燒起來的，英國的倫敦在這次工業(yè)革命之后，就

變?yōu)榱遂F都，之后的幾次工業(yè)革命，一直到今天，人們

只是從一味燃燒煤炭，變?yōu)榧葻禾恳矡秃吞?/p>

然氣，這導(dǎo)致了空氣污染，現(xiàn)在世界上的霧都已經(jīng)不

止一個(gè)了，溫室效應(yīng)也愈加明顯，為了地球的明天，人

們需要戒掉對化石能源的依賴，所以今天我們倡導(dǎo)

低碳生活和使用低碳能源。

我們談到了太陽能，太陽是一個(gè)巨大的炙熱“火

球”，它的直徑是地球的109倍，質(zhì)量是地球的33萬倍，

在太陽內(nèi)部，劇烈的核聚變釋放出大量能量，太陽內(nèi)

核的溫度高達(dá)1.5×10℃，太陽的能量以光波或者太

陽風(fēng)的形式輻射到浩瀚的宇宙空間中，地球上的風(fēng)

能、潮汐能、生物質(zhì)能等可再生能源其實(shí)都來自太陽

能，我們提到過太陽能的利用，比如如何聚焦太陽光，

或者如何實(shí)現(xiàn)“光生電”，光電轉(zhuǎn)換的媒介是半導(dǎo)體材

料，簡單地說，電子得到了光子的能量，“興奮”地跑

動(dòng)起來，在電壓的引導(dǎo)下形成電流，風(fēng)能、水能、潮汐

能都是機(jī)械能，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。是利用著名的

“變化的磁場產(chǎn)生電場”的磁生電原理。

我們之后聊到了能源的存儲(chǔ)，介紹了幾種主要

的電化學(xué)儲(chǔ)能器件，我們首先談到了電容器，電容器

是直接儲(chǔ)存電能的裝置，這是應(yīng)用了將正、負(fù)電荷分

別隔離在兩個(gè)電極上的原理，我們又重點(diǎn)介紹了電池

及其發(fā)展歷史。包括從153年前發(fā)明的鉛酸蓄電池到

21年前打人市場的鋰離子電池，什么是電池?電池其

實(shí)是化學(xué)儲(chǔ)能的裝置，無論是充電還是放電，電池中

都有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，而且是有“得失電子”過程的氧

化還原反應(yīng)，電池的近親——燃料電池的研制同樣是

很有用的技術(shù)，電池和燃料電池的相同點(diǎn)是，它們都

利用氧化還原反應(yīng)釋放能量，主要的不同是，燃料電

池是通過不停輸入氣體或液體燃料來維持工作的，

是個(gè)開放的體系，不需要充電的過程：而電池通常是

密閉的體系，能量釋放完之后，需要充電才可重復(fù)使

用。

我們談到了儲(chǔ)能器件的重要應(yīng)用——電動(dòng)車，電

動(dòng)車主要有兩種：混合動(dòng)力電動(dòng)車和純電動(dòng)車，電動(dòng)

車是未來陸地交通的趨勢，這是我國汽車產(chǎn)業(yè)的重要

發(fā)展機(jī)遇和超越傳統(tǒng)汽車強(qiáng)國的契機(jī)，在過去的一個(gè)

世紀(jì)里，以內(nèi)燃機(jī)為“心臟”的汽車是無可爭辯的霸

主，在未來的幾十年，甚至一兩百年的時(shí)間內(nèi)，電池、

電容器這些器件或?qū)⒊蔀殛懙亟煌üぞ叩摹靶呐K”，這

些領(lǐng)域是非常有前途的朝陽產(chǎn)業(yè)，當(dāng)然，我們必須看

到，內(nèi)燃機(jī)仍將是飛行器的動(dòng)力，隨著化石能源的日

漸枯竭，有限的化石能源將主要被利用到航空上，可

再生生物燃料將會(huì)逐漸在航空燃料領(lǐng)域表現(xiàn)出競爭

優(yōu)勢，電動(dòng)交通，事實(shí)上有很多種方案，將來的電動(dòng)車

市場將呈現(xiàn)出各種方案優(yōu)勢互補(bǔ)的局面，我們將很

難找到一種技術(shù)來滿足人們的各種需要，這和化石燃

料的時(shí)代有很大不同，我們會(huì)習(xí)慣在多元化的選擇中

找到適合自己的出行方式。

我們介紹了未來可能出現(xiàn)的電池技術(shù)，包括鋰

硫電池、鋰空氣電池等，這些技術(shù)一旦達(dá)到商業(yè)化的

標(biāo)準(zhǔn)，將徹底改變這個(gè)領(lǐng)域的游戲規(guī)則，電動(dòng)車?yán)m(xù)航

能力不足的問題將得到基本解決，這些領(lǐng)域是電池技

術(shù)競爭的主賽場之一，這里同樣是創(chuàng)新的好平臺(tái)，我

們現(xiàn)在還無法預(yù)測這些技術(shù)到底什么時(shí)候可以真正

成熟，或許需要五年、十年，甚至幾十年的時(shí)間，我相

信這一天會(huì)出現(xiàn)的。

在最近幾期，我們了解了幾種大型蓄能技術(shù)，包

括抽水蓄能、壓縮空氣蓄能和飛輪蓄能，我們也了解

了一些化學(xué)蓄能方案。包括鈉硫電池和氧化還原流

動(dòng)電池，這些蓄能技術(shù)對于未來能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)

重要，是新能源技術(shù)重要的組成部分，能源科學(xué)離不

開材料學(xué)，材料學(xué)離不開化學(xué)和物理：所以希望同學(xué)

們在中學(xué)階段努力學(xué)好這些學(xué)科，打好基礎(chǔ)，更重要

的是培養(yǎng)自己廣泛的科學(xué)興趣，培養(yǎng)自己獨(dú)立思考、

敢于挑戰(zhàn)權(quán)威的意識(shí)，要多問“為什么”和“為什么

不”。

科技技術(shù)在進(jìn)步，能源技術(shù)在發(fā)展，希望這些關(guān)

于能源及其發(fā)展的文章能激發(fā)大家對能源科學(xué)的興

趣，也許在不久的將來，你也會(huì)成為一位能源技術(shù)領(lǐng)

域的科學(xué)工作者呢!

責(zé)任編輯 程哲