關注能源科技 打好知識基礎

關于能源科技的文章，我們已陸續刊發了二十

余篇，這一期，和同學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，希望能幫助大家勾勒

出一個較為完整的圖景。

我們首先淺談了人類利用能源的歷史，文明的發

達程度和我們利用能源的廣度和深度有著直接的聯

系，可以直言不諱地說，能源是財富的來源，這不僅僅

體現在中東石油生產國和中國煤礦主的富有上，更

體現為我們的吃、穿、用、住方方面面都要依賴能源

的有效供給，一方面，我們為今天的文明而自豪，我們

有互聯網，有高速鐵路；另一方面，我們驚奇地發現，

今天的高度文明依然建立在我們無節制地燃燒這個

星球花上億萬年才固化的碳的基礎上，在工業革命之

前，我們砍伐森林，燒制木炭，獲得燃料，已經付出了

環境代價，如，我國在先秦時曾經青山綠水、植被蔥

郁的黃河流域，到明清時期卻變成了溝壑縱橫的荒

山禿嶺，水土流失嚴重，第一次工業革命事實上是被

煤炭燒起來的，英國的倫敦在這次工業革命之后，就

變為了霧都，之后的幾次工業革命，一直到今天，人們

只是從一味燃燒煤炭，變為既燒煤炭也燒石油和天

然氣，這導致了空氣污染，現在世界上的霧都已經不

止一個了，溫室效應也愈加明顯，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

低碳生活和使用低碳能源。

我們談到了太陽能，太陽是一個巨大的炙熱“火

球”，它的直徑是地球的109倍，質量是地球的33萬倍，

在太陽內部，劇烈的核聚變釋放出大量能量，太陽內

核的溫度高達1.5×10℃，太陽的能量以光波或者太

陽風的形式輻射到浩瀚的宇宙空間中，地球上的風

能、潮汐能、生物質能等可再生能源其實都來自太陽

能，我們提到過太陽能的利用，比如如何聚焦太陽光，

或者如何實現“光生電”，光電轉換的媒介是半導體材

料，簡單地說，電子得到了光子的能量，“興奮”地跑

動起來，在電壓的引導下形成電流，風能、水能、潮汐

能都是機械能，機械能轉化為電能。是利用著名的

“變化的磁場產生電場”的磁生電原理。

我們之后聊到了能源的存儲，介紹了幾種主要

的電化學儲能器件，我們首先談到了電容器，電容器

是直接儲存電能的裝置，這是應用了將正、負電荷分

別隔離在兩個電極上的原理，我們又重點介紹了電池

及其發展歷史。包括從153年前發明的鉛酸蓄電池到

21年前打人市場的鋰離子電池，什么是電池?電池其

實是化學儲能的裝置，無論是充電還是放電，電池中

都有化學反應發生，而且是有“得失電子”過程的氧

化還原反應，電池的近親——燃料電池的研制同樣是

很有用的技術，電池和燃料電池的相同點是，它們都

利用氧化還原反應釋放能量，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，需要充電才可重復使

用。

我們談到了儲能器件的重要應用——電動車，電

動車主要有兩種：混合動力電動車和純電動車，電動

車是未來陸地交通的趨勢，這是我國汽車產業的重要

發展機遇和超越傳統汽車強國的契機，在過去的一個

世紀里，以內燃機為“心臟”的汽車是無可爭辯的霸

主，在未來的幾十年，甚至一兩百年的時間內，電池、

電容器這些器件或將成為陸地交通工具的“心臟”，這

些領域是非常有前途的朝陽產業，當然，我們必須看

到，內燃機仍將是飛行器的動力，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

再生生物燃料將會逐漸在航空燃料領域表現出競爭

優勢，電動交通，事實上有很多種方案，將來的電動車

市場將呈現出各種方案優勢互補的局面，我們將很

難找到一種技術來滿足人們的各種需要，這和化石燃

料的時代有很大不同，我們會習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的電池技術，包括鋰

硫電池、鋰空氣電池等，這些技術一旦達到商業化的

標準，將徹底改變這個領域的游戲規則，電動車續航

能力不足的問題將得到基本解決，這些領域是電池技

術競爭的主賽場之一，這里同樣是創新的好平臺，我

們現在還無法預測這些技術到底什么時候可以真正

成熟，或許需要五年、十年，甚至幾十年的時間，我相

信這一天會出現的。

在最近幾期，我們了解了幾種大型蓄能技術，包

括抽水蓄能、壓縮空氣蓄能和飛輪蓄能，我們也了解

了一些化學蓄能方案。包括鈉硫電池和氧化還原流

動電池，這些蓄能技術對于未來能源產業的發展至關

重要，是新能源技術重要的組成部分，能源科學離不

開材料學，材料學離不開化學和物理：所以希望同學

們在中學階段努力學好這些學科，打好基礎，更重要

的是培養自己廣泛的科學興趣，培養自己獨立思考、

敢于挑戰權威的意識，要多問“為什么”和“為什么

不”。

科技技術在進步，能源技術在發展，希望這些關

于能源及其發展的文章能激發大家對能源科學的興

趣，也許在不久的將來，你也會成為一位能源技術領

域的科學工作者呢!

責任編輯 程哲