試論綠色化學在新能源電池中的應用

胡景瑤

摘要：在經濟水平和生活水平逐漸提高的當代，人們開始重點關注可持續發展以及資源高效利用的方面。文章以現階段世界各國普遍面臨的環境污染以及能源緊缺問題作為主要背景，首先對綠色化學和能源涵蓋的內容進行了概述，然后通過理論與實際相結合的方式，以鋰離子蓄電池、燃料電池等較為常見的新能源電池為立足點，針對“新能源電池中綠色化學的實際應用”展開了科學、全面的論述，最后又概括了新能源電池中綠色化學的發展前景。

關鍵詞：綠色化學；新能源電池；實際應用

隨著社會的發展，環境污染以及資源危機帶來的不利影響變得越來越突出，想要實現可持續發展，眼前的當務之急在于對上述問題進行徹底、有效的解決，綠色化學的重要性也因此為人們所熟知。綠色化學的最終目標是將原料分子的任意原子轉化為相應的產品，減少甚至杜絕廢棄物產生的可能，真正達到“零排放”的目標。由此可以看出，在新能源電池中對綠色化學進行合理應用，能夠在緩解能源緊缺問題的基礎上，最大程度減少對環境造成的污染。

一、綠色化學和能源的概述

1、綠色化學的概述。綠色化學所倡導的主題為綠色生產，也就是說立足于污染產生的源頭，從根本上對污染問題進行治理，以此來保證化學工業生產的清潔程度。綠色化學具有的特點可以從兩個方面加以論述：一方面，綠色化學對傳統化學思維進行了完善和發展；另一方面，綠色化學倡導通過對資源進行充分利用的方式，保證生產成本的降低，在滿足社會所提出可持續發展要求的基礎上，加快經濟發展的水平。

2、能源的概述。作為人類和社會在發展過程中具有的根本需求，能源危機的出現不僅會給社會經濟的發展帶來不利影響，甚至會在某種程度上對人類的發展產生制約。與西方發達國家相比，能源短缺問題在我國更加嚴重。在開展相關工作的過程中對綠色化學進行合理應用，與政府提出的可持續發展理念相契合[1]。

以世界宏觀背景與經濟形勢為立足點，對新能源發展工作的重要性加以分析可以發現，無論是對社會經濟結構調整還是對節能減排的貫徹落實而言，新能源的應用都具有非常重要的意義。對新能源進行發展和應用，能夠在一定程度上緩解現階段世界各國共同面臨的能源危機，為社會發展提供幫助。

二、新能源電池中綠色化學的實際應用

隨著人們認知水平的逐漸提高，將綠色化學與新能源電池相結合具有的積極作用開始被越來越多的人所了解，以此為核心所開展的科研活動也愈發完善。通過對綠色化學進行合理應用的方式研制出的新能源電池，普遍具有無污染以及高性能的優點，正是因為如此，綠色化學電池的發展前景與傳統電池相比更加廣闊、明亮，無論是國防、交通領域，還是通信、電子領域，在發展過程中均無法離開綠色化學電池的支持，其中具有代表性的電池種類包括鋰離子蓄電池、太陽能電池、燃料電池等，下面就針對這幾種電池分別展開敘述。

1、金屬氫化物鎳電池。作為最基礎同時也是最常見的綠色化學電池，處于工作狀態下的金屬氫化物鎳電池所應用的電壓通常為1.2V。該蓄電池較為突出的特點在于構成負極活性物質的元素不再應用可能使人致癌的鎘，而是選用對人體無害、無毒的稀土合金，滿足綠色化學具有的要求。

2、鋰離子蓄電池。鋰離子蓄電池具有的優點包括：第一點，能量密度相對較大、所輸出電壓的平均值較高；第二點，自放電小；第三點，所適應工作溫度相對廣泛；第四點，使用壽命與其他新能源電池相比較長

[2]。作為不含有任何有害、有毒物質的新能源電池，鋰離子蓄電池現階段普遍被應用在以筆記本和手機為代表的數碼產品之中，并且將自身具有的優勢進行了最大化的呈現（手機鋰離子蓄電池如圖1所示）。

3、太陽能電池。太陽能電池指的是通過對以半導體硅為代表的材料所具有的光電效應進行合理應用的方式，完成將太陽能向電能加以轉換的工作的器件。和其他較為常見的各類發電方式相比較而言，太陽能電池具有的優勢主要體現在以下幾個方面：噪聲小、易于維護、綠色環保、無需燃料、轉換效率高。現階段，太陽能電池已經被廣泛應用在諸多行業之中，由最初的航天領域、軍事領域，逐漸向工業、農業甚至是城市紅綠燈（如圖2所示）等公用設施領域進行拓展，無論是衛星通信接收站、燈塔航標，還是氣象觀測站、遙控遙測，太陽能電池都是電源首選。2004年，首批以太陽能電池作為電源，配以相應的信號燈與蓄電池的“可移動電子交警”在山西太原投入使用。在工業領域，太陽能電池主要被用于對工廠產品進行檢測以及傳感器的制作方面。另外，由于太陽能電池對不同顏色、不同波長具有的響應靈敏度也有所不同，因此，在對光的顏色進行探測時，太陽能電池也是不二選擇。還需要人們了解一點，太陽能電池在農村、邊遠地區的應用頻率與城市相比更高，這主要是因為結合不同地區的實際情況對太陽能電池進行合理應用，能夠在很大程度上減少對輸電線路的建造，進而起到節約成本的作用。

4、燃料電池。作為較為典型的綠色化學電池，燃料電池指的是通過化學反應將燃料具有的能量進行徹底釋放，從而完成將能量向電能進行轉換并輸出工作的器件。在實踐過程中可以發現，燃料電池主要有以下幾個方面的優點：其一，以兼具節能、高效、可再生等優點為一身的二次能源——氫為主要燃料，燃料電池在工作過程中產生的產物是水，不會對環境產生不利影響，因此燃料電池更加綠色環保；其二，具有高于80%的能量轉換率。除此之外，功率范圍較廣、無需充電、容量大等優點也是顯而易見的。

燃料電池的實際應用主要包括以下幾個方面：其一，解決我國偏遠地區在供電方面具有的問題。首先通過風能和太陽能制取氫氣，然后將氫氣存儲于儲氫器中，最后利用燃料電池進行發電，完成供電工作。由于氫氣具有“自我補給”這一優點，因此，該系統解決了風能和太陽能難以存儲的問題，真正實現了資源的充分利用；其二，燃料電池安靜、干凈的優點決定了它可以被安置在建筑地下室或頂層，用來為城市小區、賓館進行供電或供熱；其三，導致環境污染問題日益嚴重的主要因素之一為汽車尾氣排放，因此，世界各國始終致力于對高效、清潔的新能源進行開發，用以改善汽車尾氣排放帶來的不利影響。燃料電池以其可以被忽略的尾氣排放量和極高的能量轉化率被應用在汽車領域中。雖然現階段將汽車制造與燃料電池進行結合的技術有待改善，但隨著科學技術的發展，燃料電池必然會被大量應用在汽車制造的過程中；其四，作為燃料電池的一種，直接甲醇燃料電池現階段已經作為優選電源被應用在攝像機、筆記本電腦等電子產品之中，這主要是因為該燃料電池兼具危險性低、運行方便、結構簡單、發電持久等優點，與電子產品對電源具有的需求高度符合。

三、新能源電池中綠色化學的應用前景

橫亙在社會前進道路上的障礙主要有兩個，分別是環境污染以及能源危機，想要同時緩解甚至解決這兩個問題，在新能源電池中對綠色化學進行合理應用是非常有必要的。現階段，投入使用的了綠色化學電池已經取得了一定的成效，無論是國防、科技還是民用領域，綠色環保電池的應用頻率與之前相比都有了顯著的提升，除此之外，隨著科學技術的進步，綠色環保電池必將在以信息技術和環境保護為代表的高新技術領域大展拳腳，為社會全面發展注入全新的推動力。

四、結語

綜上所述，作為在二十一世紀極具代表性的科學領域，綠色化學的積極作用不僅體現在環境保護方面，還體現在資源利用方面，因此，在新能源電池中對綠色化學進行合理應用的重要性自然不言而喻。文章以綠色化學電池涉及的概念和理論為基礎，對現階段被廣泛應用在社會各領域的不同類型綠色化學電池進行了系統的論述，希望能夠在某些方面為研究人員相關工作的開展提供幫助，從而對節能減排理念進行貫徹落實，真正實現社會可持續發展。

參考文獻

[1] 上官恩波. 綠色化學電源鎳基正極材料的合成、結構和性能研究[D].河南師范大學，2012.

[2] 譚國強. 新型固態化鋰二次電池及相關材料的制備與性能研究[D].北京理工大學，2014.