家里哪些东西需要电池?十多年前,许多人会回答:手电筒、大哥大。
如今答案却是五花八门:手机、平板电脑、电子书、遥控器、智能手表、电动自行车……
说明什么道理呢?中国科学院“长续航动力锂电池”项目首席科学家李泓说,未来社会发展特点是智能化和移动化,必然会用到多种多样的电池。这一趋势将越来越明显。
电池无处不在,各种“快没电了”的情况也让人猝不及防。研发持续时间长的超级电池,成为人们普遍的期待。
作为新工业革命的一种支撑性技术,小小电池的技术进步,也会撬动全球能源大格局,对社会生活的影响可是方方面面。不信来看:
一、新能源车,“飞在了风口上”
有没有想过未来会是一个没有燃油车的世界?随着全球变暖,减排的紧箍咒越念越紧,人们已经醒悟,过去的生活方式难以为继,新能源车迎来“风口”。
2015年底,德国、荷兰、挪威和英国宣布,计划到2050年全面禁止汽油车和柴油车的生产与销售。日本丰田汽车公司去年也宣布计划于2050年停止推出汽油车和柴油车,转为大力发展混合动力、纯电动以及燃料电池汽车。中国近来也大力支持发展新能源车。
对正在起飞的新能源车来说,核心技术之一就是电池。谁的电池技术让车子跑得远、充电快,就能赢得市场。今后你的爱车常去的地方将变成充电桩,而非加油站。
二、机器人,用干电池可不顶事
电影《星球大战》中的人形机器人C-3PO,符合许多人对服务型机器人的想象。
未来将有更多服务型机器人进入到社会生活中,这些机器人非常耗电,但它们不可能随时拖着电线走。许多人说,机器人要是都能像哆啦A梦一样,体内有一个能将食物转化成能量的原子炉就好了,不过这是传说中2112年的科技。
机器人仍然需要电池。如果拿C-3PO来做例子,需要多少电池呢?
美国《连线》杂志网站曾刊登文章,专门分析人形机器人C-3PO到底需要背多大一坨电池的问题。从剧中它的金属重量和活动量来看,如果用5号干电池的话,至少需要3000节之多。
庞大的电池包必然成为累赘。电池是未来机器人发展的瓶颈,却也是必须迈过的坎。能量密度更大、可循环使用的“超级电池”的研发已经箭在弦上。
三、能量回收,“星际迷航”设想成真
美国《星际迷航》系列科幻电视剧里,曾有过一个能量回收装置,飞船里人们的各类活动产生的能量都被循环利用。现实生活中,电池技术已经让这种能量回收在许多地方成真。
港口起重机悬臂落下、电梯下降、车辆刹车……这些工业和生活领域都有势能浪费的情况。比如垂直升降电梯,将电梯落下时的重力势能收集利用,就需要用到储能电池,一般节电率在20%到45%之间。而电动车刹车时的动力势能回收,可以增加20%的续航能力。
四、智能电网,并非“天方夜谭”
智能电网指一个完全自动化的电力传输网络,能够监视和控制每个用户和电网节点,保证在输配电过程中,哪里需要电,电流就去哪儿,不会浪费,也不会乱跑而引起电压不稳或跳闸等问题。
电池储能是智能电网的一个重要技术。比如对于同时拥有太阳能发电系统与传统电力系统的大楼来说,当太阳能产生的电力有盈余,就能被储存在电池中,在电费较高的时段拿来使用。到了深夜的低电费时段,再使用传统电网的电力。
在小规模用电系统中,比如一个孤立的村子或家庭,没有电网连接,只有单一的太阳能或风能等来源供电,也需要用电池储能,以在发电高峰和用电高峰不匹配时进行平衡。
分析人士预测说,储能电池系统的市场规模可望在2023年超过135亿美元。
五、人体植入设备,最常见的需要
植入式心脏起搏器与除颤器、多种神经刺激器、药物泵、心电记录器……算一算到底有多少种类的人体植入设备?恐怕难以说清。
医疗电子设备越来越先进,各种各样由电池供电的植入式医疗器械已被广泛应用于检测和治疗各种疾病,仅以植入式心脏起搏器为例,现在全世界每年有超过50万个心脏起搏器被植入人体。
未来会有越来越多的微型医疗装置植入体内,以作为智能医疗的传感器,这对于治疗疾病有着巨大作用。电池在其中发挥的关键作用不言而喻。
六、基础设施领域,需要永远的“备胎”
对于许多重要的基础设施,比如4G网络通信基站、天河二号等超级计算中心、银行及其他一些国家要害部门,都需要保持任何时候不能断电,这就需要有备用电源。
对这些电源的要求必然是非常可靠,持续时间长。现在工业上常用的备用电源是铅酸电池,个头很大。如果将来采用能量密度更高的锂电池,就能腾出更多的空间给核心设备。
七、上天入海,神通都要靠它
在航空航天领域,所有的飞机上都要有备用电源。有些特别前瞻的企业在发展电动飞机,比如瑞士的“阳光动力二号”飞机就在去年尝试依靠太阳能电池环球飞行,但最后停在了夏威夷,原因是储能的锂电池出了问题。这凸显电池的重要性。
在深海潜航方面,潜水器也需要用到电池技术。比如能下潜7000米的中国“蛟龙”号载人潜水器,其主动力电源、辅助动力电源、应急救生电源都要用到深海耐压锌银系列电池,这种电池具有重量轻、析气量少的特点,特别适合在海底工作。
未来人们旅行中,上天入海的频率将越来越高,超级电池对设备运转的影响将举足轻重。
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