什么是太陽能高能電池？

新能源的開發(fā)是始終備受關(guān)注的話題，最近出現(xiàn)了一種叫高能電池的新能源電池，那高能電池是什么呢？

高能電池是指具有較高比能量的電池。比較耐用和供電量高電池比能量，在電池反應(yīng)中，1千克反應(yīng)物質(zhì)所產(chǎn)生的電能稱為電池的理論比能量。

據(jù)在國際頂級期刊《科學(xué)》(Science)雜志上報(bào)道，來自中國南開大學(xué)的電池研究團(tuán)隊(duì)在太陽能電池這一領(lǐng)域有了最新的研究進(jìn)展——他們制備了一種基于有機(jī)半導(dǎo)體材料的太陽能電池，其能量轉(zhuǎn)化效率(把光能轉(zhuǎn)化成電能的效率)達(dá)到了17.3%，放置166天后性能僅有輕微衰減(約4%)。

17.3%是什么概念?可以說，它超越了目前同類有機(jī)太陽能電池效率14%的最高值，創(chuàng)下了新的世界紀(jì)錄——在提高能源轉(zhuǎn)化率方面，每個(gè)百分點(diǎn)的進(jìn)步都極其不易。

太陽能電池這個(gè)概念，或許大家都不陌生。但具體說到制造太陽能電池的材料，可能了解的人就不多了。目前，已經(jīng)商品化的太陽能電池板大多由無機(jī)半導(dǎo)體材料制造，它具有原材料易獲取(比如硅)、吸收光譜寬、能量轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)勢。但事實(shí)上，無機(jī)半導(dǎo)體材料并不是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的完美解決方案，原因在于——它們太脆了，科學(xué)家們必須不斷去開發(fā)和尋找可替代的解決方案。

有機(jī)太陽能電池一直是近年來學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。此外，科學(xué)家們經(jīng)過分析后普遍認(rèn)為，如果繼續(xù)優(yōu)化電池器件構(gòu)型和材料選擇，有機(jī)太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率理論上可以突破25%。尤其在過去的十年間，有機(jī)太陽能電池更是經(jīng)歷了躍遷式的發(fā)展，其性能已經(jīng)可以與商品化的無機(jī)硅電池媲美，像高處的王冠一樣鼓舞著科學(xué)家們不斷地接近它。

不過，我們距離真正的有機(jī)太陽能電池的商品化還有一段距離，仍有一些問題需要克服——比如，很多有機(jī)材料在太陽光的照射下并不那么穩(wěn)定、制作過程中使用的溶劑毒性較大，以及大規(guī)模生產(chǎn)工藝尚未成熟。

高能電池應(yīng)用主要有:遙感勘測、航天航空、海洋勘探、地質(zhì)調(diào)研

高能電池的種類

1、以鎂作負(fù)極活性物質(zhì)的鎂干高能電池

其結(jié)構(gòu)與鋅-錳干電池基本相同。鎂的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢比較低，電化學(xué)當(dāng)量小，具備了作為高能電池負(fù)極活性物質(zhì)的優(yōu)良條件。例如鎂-錳干電池的實(shí)際比能量是鋅-錳干電池的4倍,工作時(shí)電壓平穩(wěn)，在低溫下也具有較好的工作能力，并且能耐高溫貯存。其缺點(diǎn)是有電壓滯后現(xiàn)象（接通后需要經(jīng)一段時(shí)間，電壓才能上升至終止電壓值），滯后時(shí)間約為2～3秒；由于腐蝕作用，鎂電極電流效率低；不宜于小電流長時(shí)間的間歇放電。

2、金屬-空氣高能電池

以空氣中的氧氣作為正極活性物質(zhì)，金屬作為負(fù)極活性物質(zhì)的電池。

3、鋰-非水電解質(zhì)溶液高能電池

鋰的電化學(xué)當(dāng)量約為鎂的二分之一，因此作為高能電池的負(fù)極，鋰比鎂更優(yōu)越。但鋰與水要激烈反應(yīng)，須采用有機(jī)溶劑或非水的無機(jī)溶劑來配制電解質(zhì)溶液，再加入無機(jī)鹽使之導(dǎo)電。使用的正極材料主要有固體氟化物、氯化物、氧化物、硫化物。這些電池的理論比能量大都在1000瓦時(shí)/千克以上。其實(shí)際比能量也比較高。例如鋰-氟化銅(Li/CuF2)電池在放電電流密度為2毫安/厘米2時(shí),實(shí)際比能量可達(dá)250瓦時(shí)/千克。由于有機(jī)電解質(zhì)溶液的比電導(dǎo)小，電流密度不能提高,因此鋰-非水電解質(zhì)溶液電池是一種高比能量、低功率的電池。而鋰－硫化物電池在重負(fù)荷下放電，特別當(dāng)外部短路時(shí)還會發(fā)生爆炸。

4、鈉－硫高能電池

是近幾年研制出的比較成熟的一種二次高能電池。它的負(fù)極是熔融金屬鈉（Na）；正極活性物質(zhì)是熔融多硫化鈉（Na2Sx），通常充滿在多孔碳中,碳作為正極集流體。需采用導(dǎo)電陶瓷管將鈉與多硫化鈉隔開，以防直接反應(yīng)而引起自放電。此外，陶瓷管還起電池中的電解質(zhì)作用。電池放電時(shí),負(fù)極上的反應(yīng)為2Na─→2Na++2e-Na+

通過導(dǎo)電陶瓷管進(jìn)入正極與硫發(fā)生反應(yīng)形成多硫化物。當(dāng)負(fù)極的鈉耗盡的時(shí)候則放電終止。為使鈉和多硫化鈉都處于液態(tài),放電需在300℃左右進(jìn)行。鈉-硫電池的實(shí)際比能量已經(jīng)達(dá)100瓦時(shí)/千克,充放電循環(huán)壽命可達(dá)2000個(gè)深放電循環(huán)，因此特別適于用作車輛的電力電池。

5、鋰高溫高能電池：以鋰為負(fù)極，硫族（包括硫化物）和氯氣為正極活性物質(zhì)，熔融鹽為電解質(zhì)的電池。由于采用熔融鹽，電池在300～600℃間工作，因此鋰高溫高能電池與鈉－硫電池合稱為高溫電池。液態(tài)鋰電極經(jīng)多次充放電循環(huán)后易失去濕潤性；硫在高溫下要揮發(fā)，并有腐蝕性；氯是氣體，難以處理。因此鋰高溫電池研制的方向?qū)⑾蛞凿嚭辖馂樨?fù)極和以硫化物為正極的方向發(fā)展。如鋰鋁合金-硫化鐵電池，其電池反應(yīng)為4LiAl+FeS2─→2Li2S+Fe+4Al。