试论绿色化学在新能源电池中的应用

　　摘要：在经济水平和生活水平逐渐提高的当代，人们开始重點关注可持续发展以及资源高效利用的方面。文章以现阶段世界各国普遍面临的环境污染以及能源紧缺问题作为主要背景，首先对绿色化学和能源涵盖的内容进行了概述，然后通过理论与实际相结合的方式，以锂离子蓄电池、燃料电池等较为常见的新能源电池为立足点，针对新能源电池中绿色化学的实际应用展开了科学、全面的论述，最后又概括了新能源电池中绿色化学的发展前景。
　　关键词：绿色化学；新能源电池；实际应用
　　随着社会的发展，环境污染以及资源危机带来的不利影响变得越来越突出，想要实现可持续发展，眼前的当务之急在于对上述问题进行彻底、有效的解决，绿色化学的重要性也因此为人们所熟知。绿色化学的最终目标是将原料分子的任意原子转化为相应的产品，减少甚至杜绝废弃物产生的可能，真正达到零排放的目标。由此可以看出，在新能源电池中对绿色化学进行合理应用，能够在缓解能源紧缺问题的基础上，最大程度减少对环境造成的污染。
　　一、绿色化学和能源的概述
　　1、绿色化学的概述。绿色化学所倡导的主题为绿色生产，也就是说立足于污染产生的源头，从根本上对污染问题进行治理，以此来保证化学工业生产的清洁程度。绿色化学具有的特点可以从两个方面加以论述：一方面，绿色化学对传统化学思维进行了完善和发展；另一方面，绿色化学倡导通过对资源进行充分利用的方式，保证生产成本的降低，在满足社会所提出可持续发展要求的基础上，加快经济发展的水平。
　　2、能源的概述。作为人类和社会在发展过程中具有的根本需求，能源危机的出现不仅会给社会经济的发展带来不利影响，甚至会在某种程度上对人类的发展产生制约。与西方发达国家相比，能源短缺问题在我国更加严重。在开展相关工作的过程中对绿色化学进行合理应用，与政府提出的可持续发展理念相契合〔1〕。
　　以世界宏观背景与经济形势为立足点，对新能源发展工作的重要性加以分析可以发现，无论是对社会经济结构调整还是对节能减排的贯彻落实而言，新能源的应用都具有非常重要的意义。对新能源进行发展和应用，能够在一定程度上缓解现阶段世界各国共同面临的能源危机，为社会发展提供帮助。
　　二、新能源电池中绿色化学的实际应用
　　随着人们认知水平的逐渐提高，将绿色化学与新能源电池相结合具有的积极作用开始被越来越多的人所了解，以此为核心所开展的科研活动也愈发完善。通过对绿色化学进行合理应用的方式研制出的新能源电池，普遍具有无污染以及高性能的优点，正是因为如此，绿色化学电池的发展前景与传统电池相比更加广阔、明亮，无论是国防、交通领域，还是通信、电子领域，在发展过程中均无法离开绿色化学电池的支持，其中具有代表性的电池种类包括锂离子蓄电池、太阳能电池、燃料电池等，下面就针对这几种电池分别展开叙述。
　　1、金属氢化物镍电池。作为最基础同时也是最常见的绿色化学电池，处于工作状态下的金属氢化物镍电池所应用的电压通常为1。2V。该蓄电池较为突出的特点在于构成负极活性物质的元素不再应用可能使人致癌的镉，而是选用对人体无害、无毒的稀土合金，满足绿色化学具有的要求。
　　2、锂离子蓄电池。锂离子蓄电池具有的优点包括：第一点，能量密度相对较大、所输出电压的平均值较高；第二点，自放电小；第三点，所适应工作温度相对广泛；第四点，使用寿命与其他新能源电池相比较长
　　〔2〕。作为不含有任何有害、有毒物质的新能源电池，锂离子蓄电池现阶段普遍被应用在以笔记本和手机为代表的数码产品之中，并且将自身具有的优势进行了最大化的呈现（手机锂离子蓄电池如图1所示）。
　　3、太阳能电池。太阳能电池指的是通过对以半导体硅为代表的材料所具有的光电效应进行合理应用的方式，完成将太阳能向电能加以转换的工作的器件。和其他较为常见的各类发电方式相比较而言，太阳能电池具有的优势主要体现在以下几个方面：噪声小、易于维护、绿色环保、无需燃料、转换效率高。现阶段，太阳能电池已经被广泛应用在诸多行业之中，由最初的航天领域、军事领域，逐渐向工业、农业甚至是城市红绿灯（如图2所示）等公用设施领域进行拓展，无论是卫星通信接收站、灯塔航标，还是气象观测站、遥控遥测，太阳能电池都是电源首选。2004年，首批以太阳能电池作为电源，配以相应的信号灯与蓄电池的可移动电子交警在山西太原投入使用。在工业领域，太阳能电池主要被用于对工厂产品进行检测以及传感器的制作方面。另外，由于太阳能电池对不同颜色、不同波长具有的响应灵敏度也有所不同，因此，在对光的颜色进行探测时，太阳能电池也是不二选择。还需要人们了解一点，太阳能电池在农村、边远地区的应用频率与城市相比更高，这主要是因为结合不同地区的实际情况对太阳能电池进行合理应用，能够在很大程度上减少对输电线路的建造，进而起到节约成本的作用。
　　4、燃料电池。作为较为典型的绿色化学电池，燃料电池指的是通过化学反应将燃料具有的能量进行彻底释放，从而完成将能量向电能进行转换并输出工作的器件。在实践过程中可以发现，燃料电池主要有以下几个方面的优点：其一，以兼具节能、高效、可再生等优点为一身的二次能源氢为主要燃料，燃料电池在工作过程中产生的产物是水，不会对环境产生不利影响，因此燃料电池更加绿色环保；其二，具有高于80的能量转换率。除此之外，功率范围较广、无需充电、容量大等优点也是显而易见的。
　　燃料电池的实际应用主要包括以下几个方面：其一，解决我国偏远地区在供电方面具有的问题。首先通过风能和太阳能制取氢气，然后将氢气存储于储氢器中，最后利用燃料电池进行发电，完成供电工作。由于氢气具有自我补给这一优点，因此，该系统解决了风能和太阳能难以存储的问题，真正实现了资源的充分利用；其二，燃料电池安静、干净的优点决定了它可以被安置在建筑地下室或顶层，用来为城市小区、宾馆进行供电或供热；其三，导致环境污染问题日益严重的主要因素之一为汽车尾气排放，因此，世界各国始终致力于对高效、清洁的新能源进行开发，用以改善汽车尾气排放带来的不利影响。燃料电池以其可以被忽略的尾气排放量和极高的能量转化率被应用在汽车领域中。虽然现阶段将汽车制造与燃料电池进行结合的技术有待改善，但随着科学技术的发展，燃料电池必然会被大量应用在汽车制造的过程中；其四，作为燃料电池的一种，直接甲醇燃料电池现阶段已经作为优选电源被应用在摄像机、笔记本电脑等电子产品之中，这主要是因为该燃料电池兼具危险性低、运行方便、结构简单、发电持久等优点，与电子产品对电源具有的需求高度符合。
　　三、新能源电池中绿色化学的应用前景
　　横亘在社会前进道路上的障碍主要有两个，分别是环境污染以及能源危机，想要同时缓解甚至解决这两个问题，在新能源电池中对绿色化学进行合理应用是非常有必要的。现阶段，投入使用的了绿色化学电池已经取得了一定的成效，无论是国防、科技还是民用领域，绿色环保电池的应用频率与之前相比都有了显著的提升，除此之外，随着科学技术的进步，绿色环保电池必将在以信息技术和环境保护为代表的高新技术领域大展拳脚，为社会全面发展注入全新的推动力。
　　四、结语
　　综上所述，作为在二十一世纪极具代表性的科学领域，绿色化学的积极作用不仅体现在环境保护方面，还体现在资源利用方面，因此，在新能源电池中对绿色化学进行合理应用的重要性自然不言而喻。文章以绿色化学电池涉及的概念和理论为基础，对现阶段被广泛应用在社会各领域的不同类型绿色化学电池进行了系统的论述，希望能够在某些方面为研究人员相关工作的开展提供帮助，从而对节能减排理念进行贯彻落实，真正实现社会可持续发展。
　　参考文献
　　〔1〕上官恩波。绿色化学电源镍基正极材料的合成、结构和性能研究〔D〕。河南师范大学，2012。
　　〔2〕谭国强。新型固态化锂二次电池及相关材料的制备与性能研究〔D〕。北京理工大学，2014。