储能器的研究方法

❶ 旋转电机的工作原理是什么

能量守恒原理是物理学的一条基本原理。这条原理的含意为：在质量不变的物理系统内，能量总是守恒的；即能量既不会凭空产生，也不会凭空消灭，而仅能变换其存在形式。
在传统的旋转电机机电系统中，机械系统是原动机(对发电机来讲)或生产机械(对电动机来讲)，电系统是用电的负载或电源，旋转电机把电系统和机械系统联系在一起。旋转电机内部在进行能量转换的过程中，主要存在着电能、机械能、磁场储能和热能四种形态的能量。在能量转换过程中产生了损耗，即电阻损耗、机械损耗、铁芯损耗及附加损耗等。
对旋转电机来说，损耗消耗，使其全部转化为热量，引起电机发热，温度升高，影响电机的出力，使其效率降低：发热和冷却是所有电机的共同问题。电机损耗与温升的问题，提供了研究与开发新型旋转电磁装置的思路，即将电能、机械能、磁场储能和热能构成新的旋转电机机电系统，使该系统不输出机械能或电能，而是利用电磁理论和旋转电机中损耗与温升的概念，将输入的能量(电能、风能、水能、其他机械能等)完全、充分、有效地转换为热能，即将输入的能量全部作为“损耗”转化为有效热能输出。
基于上述思路，作者提出一种基于旋转电磁理论的机电热换能器，其旋转磁场的产生与旋转电机类似，可以是由多相通电的对称绕组产生，也可以由多极旋转的永磁体产生，采用适当的材料、结构和方法，利用磁滞、涡流和闭合回路的二次感应电流综合效应，将输入的能量完全充分地转换为热能，即将旋转电机传统意义上的“损耗”转化为有效热能。它将电、磁、热系统和以流体为媒质的热交换系统有机地组合在一起。该新型的机电热换能器既具有逆问题的研究价值，又拓宽了传统旋转电机的功能和应用。

❷ 大学电路 一阶响应 复频域分析

因为如果你想知道电路的全响应，可以根据叠加定理把全响应拆为零状态响应和储能器件激励下响应之和。而储能器件初始储能的数值是没办法知道的，所以不适合用全响应结果与激励的比值作为研究对象。零状态相应则不同，一旦电路结构确定下来，零状态响应就确定下来了，所以这样计算出来的传递函数是只与电路结构相关的结果。

❸ 如何解决电能危机从探索新型发电形式角度分析

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本文为《国家科学评论》（National Science Review）Forum文章“A forum on batteries: from lithium-ion to the next generation”的中文版本，英文原文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa068。
2019年，诺贝尔化学奖授予了三位锂离子电池领域的先驱者：美国德克萨斯大学奥斯汀分校的约翰·古迪纳夫（John Goodenough）教授、美国纽约州立大学宾汉姆顿分校的斯坦利·惠廷厄姆（Stanley Whittlingham）教授以及日本旭化成公司的吉野彰（Akira Yoshino）先生。
经过几十年的发展，锂离子电池能量密度的提升速度已明显放缓，并逐渐接近理论极限。与此同时，固态电池、钠离子电池、锂硫电池、燃料电池等新型储电和发电体系快速发展，开始为各种应用场景提供更多选项。
在此次由《国家科学评论》（National Science Review, NSR）编委成会明主持的论坛中，几位电池领域的专家充分探讨了锂离子电池面临的瓶颈和发展方向，分析和畅想了下一代电池的前景与应用，并对我国电池研究与产业的现状进行了梳理。
锂离子电池：极限未至

成会明： 有观点认为，锂离子电池的发展已接近极限，大家认同这种说法吗？
李泓： 我个人不认同这种看法。锂离子电池的性能包括多个方面：质量能量密度、体积能量密度、循环性、充放电速率、高低温适应性、安全性等。在这些性能中，只有质量能量密度和体积能量密度存在可以定量的理论极限。
仅以这两个指标而论，我认为也至少还需要十年的研究，才有可能达到极限。具体来说，锂离子电池的正极材料目前主要有四大类：钴酸锂（LiCoO2）、三元材料（Li(NiCoMn)O2）、磷酸铁锂（LiFePO4）和锰酸锂（LiMn2O4）。
其中磷酸铁锂和锰酸锂的实际能量密度已经接近理论极限，而钴酸锂和三元材料还有发展空间。
钴酸锂和三元材料的理论容量极限是274 mAh/g，而目前已经达到的最高水平分别在205 mAh/g和210 mAh/g左右。通过优化，比如开发高镍、低钴或者无钴的三元材料，还可以进一步提升性能、降低成本。
在这四大类之外，还有富锂锰基正极材料，如xLiMO2-(1-x)Li2MnO3等。它的理论容量极限更高，在x=0时可以达到480 mAh/g。北京大学夏定国团队的研究结果已达到400 mAh/g，在工业上则可以做到300 mAh/g，都还可以进一步提升。
负极也同样还有发展空间。目前常用的是石墨负极，此外还有硅负极、纳米硅碳负极等。众所周知，硅负极的理论容量很高，可以达到4200 mAh/g，但它存在一个主要问题，就是体积膨胀较大。如果能适度控制体积膨胀，硅负极将进一步发展并获得更多的实际应用。
此外，如果开发出含锂的负极，那么正极就可以不含锂，正极材料的选择范围就会更宽，又可以创造出新的发展空间。
对于锂离子电池的其他指标，如循环性、充放电动力学性质、高低温适应性、安全性等，我们或者还不知道极限在哪里，或者现有水平距离极限还十分遥远，所以更不能说已经接近极限。
总之，锂离子电池是一个开放可拓展的体系，我们可以不断探索和优化新的材料、电极设计和加工工艺，从而不断提升它的能量密度和其它各项性能。这其中需要解决的问题还有很多，仍需要创造性的深入细致的研究。
陈军： 锂离子电池是一个相对复杂的体系，主要由正极、负极、电解液、隔膜构成。其中部分商业化的正负极活性材料，如钴酸锂正极、石墨负极等在容量、倍率性能等方面都已接近发展极限。但随着新型电极材料的开发和发展， 材料的更新换代将为锂离子电池提供更大的发展空间。
目前，锂离子电池发展的主要方向是正极、负极材料容量的提升和电池综合性能的提高。其中，决定电池容量等性能的高容量正极是核心，与之相匹配的负极、电解液及电池制备工艺技术是关键。
综合来看，近期的具体目标应该是：能量密度达到300~350 Wh/kg、较快速的充放电、满足-30~60℃的使用要求、常温循环寿命超过1500次、成本0.6元/Wh（Pack）。
孙世刚： 多年以来，钴酸锂、三元材料等体系不断发展，已经相当成熟。但是应该注意到，在这些体系逐渐接近极限的过程中，其性能提高的速度其实是越来越慢的，也就是说，我们遇到的问题是越来越难的。
要解决目前面临的问题，我们或许应该回过头来，重新对这些体系中的基本科学问题和科学规律进行梳理和研究。如果能够更好地用数学、物理模型来描述电池的运行机制，将有助于我们解决这些问题，进一步接近极限。
同时在工业上，电池是一个系统性的产品。有了更好的基本理论，就可以更好地预测能量密度的提升会对整个系统，包括电池的其他性能以及电池的成本，带来怎样的影响。
成会明： 我也同意锂离子电池还有很多发展和完善的空间。进一步的发展可以从三个层面来展开：首先，不断改进已有的材料；其次，不断发现新的材料；第三，还可以开发新的体系，从传统的液态电池，逐渐向半固态、固态，甚至其他的电池体系发展。
锂离子电池：问题与方向

成会明： 实验室中的研究成果常常无法在工业上顺利实现，所以从工业应用的角度来看，锂离子电池的发展空间还会更大一些。
张宏立： 确实如此。从工业生产角度看，现有体系中还有很多需要解决的实际问题。
首先，是刚才李泓老师提到的硅基负极的膨胀问题。硅基负极在循环过程中的膨胀会导致在电池的生命周期中，模组的预紧力会越来越大，如果预紧力最终突破了模组的设计强度，将会给产品带来灾难性的后果，这是电动汽车厂商和电池企业所不希望看到的。
第二，是高镍三元体系的安全性问题。高镍材料具有很高的能量密度和综合性能，但是它不如磷酸铁锂或低镍三元材料稳定，其安全性是急需解决的重大挑战。
第三，是磷酸铁锂技术的进一步突破。过去，很多人都认为磷酸铁锂的性能不够高，但是作为一种无钴的正极材料，磷酸铁锂具有低成本、高安全性、长寿命等优点，而且其发展尚未达到极限，所以最近它重新得到了整个产业链的关注。我所在的国轩高科也从2006年创立之初就布局磷酸铁锂，目前已经突破了铁锂单体电芯200 Wh/kg的技术水平，并仍在进一步探索提升。
第四，我们希望宽温层电解液能够有所突破。在实际工作中，很多客户要求电池能够在广阔的地域中使用，即要求电池在从-40℃到80℃的区间内都具有优异的性能，而不是只能适用于低温或者高温。从电解液添加剂到溶剂体系都还有很大的进步空间。
最后，电池的辅助材料仍需优化。除正极、负极、电解液、隔膜四大主材之外，集流体、导电剂、粘结剂等附属材料技术同样对电池整体性能的突破非常重要。
李泓： 张院长提到的几个问题都非常关键。首先是硅负极的体积膨胀问题。插入锂离子之后，硅原子的本征体积膨胀是320%，这一点是无法改变的。所以要控制体积膨胀，通常只能在颗粒层面和电极层面去调整。
其次是三元材料的安全性。我认为从本质上讲，安全问题的发生是由于液态电解质与正、负极材料发生化学反应，进而导致热失控的结果。所以，要解决安全性问题，关键在于电解质的升级换代，逐渐向固态电解质发展。
当然，对于液态电解质的电池，也可以通过调控添加剂和电解质组分，或者对电极材料进行表面包覆，来使电极表面更加稳定。
此外我认为，对于三元材料，我们还需要进行更系统的机理研究，需要在分子、颗粒、电极、电芯等各个层面上，将热、电、体积变化等因素耦合在一起，做出更清晰的解释。
此外，张院长还提到磷酸铁锂正极。近年来磷酸铁锂电池技术的发展很好，已经可以在某些方面与三元材料相匹敌。
下一步的发展，我想一方面是材料的调整，比如向磷酸铁锰锂发展，另一方面也要对其中的科学问题，比如铁锰比例对离子输运和动力学的影响做进一步的阐明。
预锂化、新负极材料、固态电解质的应用也会进一步提升磷酸铁锂电池的电化学性能、安全性和单体的最大容量。
最后是辅助材料。其中，粘结剂对于电池的循环性能有很大影响。电池中粘结剂的用量较少，所以要对它进行定量的表征分析比较困难，要在真实体系中研究粘结剂与活性材料、导电添加剂、集流体、隔膜等的相互作用也很困难。
随着下一代新型电池的发展，粘结剂的形式也可能发生改变。目前对它的理论和实验研究都还相对较少。
黄云辉： 在实际应用中，需要对各种性能进行综合考虑和协同提升。这其中，安全性以及相关的热量管理和电池管理系统都非常重要，但在基础研究中还没有得到足够的重视。
关于电池的热量管理，除了材料本身，还可以通过辅助手段，借助热量管理系统和循环系统，来调节材料所处的实际温度环境，由此来拓展电池整体的温度适用范围。
孙世刚： 电池研究一定要考虑实际应用场景，以满足实际需求为目标开展。黄老师刚刚讲到的，通过辅助系统来拓展电池的温度极限就是这样一个例子，只有充分考虑不限于电池本身的各方面要素，才能让电池在深空、深海等极端环境中有效工作。
科学研究和产业实践的考虑常常是不一样的。我们做研究，主要目标就是不断提升能量密度，但是做产业应用的人需要考虑更多方面，追求综合性能。所以，我们在基础研究中，也应该更多地考虑需求。
陈军：
电池的实验室研究和产业应用在研究方法和关注维度等方面都存在很大差异。另外，我国高校科研经费大部分来源于政府资金资助，极少部分来源于工业企业，有些工业企业虽然有自身的研发机构，但还亟待完善。将高校的优势和企业的优势进行有机结合，也是将来要重视的工作。
成会明：
研究的思路和产业化的思路确实有很大不同。我想请张院长讲一讲，产业界对电池技术的期望是怎样的？
张宏立： 对于新的电池技术方案，产业界的期望主要有三点，高性能、易制造，以及面向全生命周期的设计。
首先是高性能，具体来讲，要有优异的电化学性能、出色的安全性能、好的机械性能，以及优秀的热学性能。在工业界，我们评价产品不是只看单一指标，而是围绕综合的雷达图，来追求综合维度上的最优解。
其次是易制造。首先，无论一种材料多么优秀，它必须要在工艺上易实现才能真正用于工业生产。第二，要成本可接受，除了航天航空等特殊领域，我们的产品一定要追求物美价廉，尽量降低成本。
第三，我们希望新的技术最好可以兼容现有的工艺设备体系，让已有投资尽量不浪费。第四，生产效率要高，要能够在合适的时间尺度上实现大规模制造。
此外，一定要面向全生命周期进行新产品的设计，要从设计之初就考虑到未来的梯次利用、资源回收利用等问题。

新型电池：安静生长

成会明： 有哪些有潜力的新型电池？

陈军： 在传统锂离子电池基础上，从长远来看，开发有机正极材料是一个可能带来突破的方向。有机正极材料容量高、成本低、绿色环保，可通过丰富的系统性分子设计来构筑电极材料，还有含锂、无锂化合物的灵活组合。
当然，目前有机正极材料还存在一定的挑战，比如电导率较差、功率密度不高、在有机电解液中有一定的溶解性等。目前基于有机正极材料的锂离子电池尚处于实验室阶段，但潜力十足。
此外，有潜力的新型充电电池有钠离子电池、水系电池、锂硫电池、金属-空气电池，其中钠离子电池、水系电池在大规模储能领域有应用前景；在电动汽车领域，需要高能量密度的电池，固态化技术是一个重要方向。另外，作为发电技术的燃料电池已有较长的历史，机遇与挑战并存。
李泓： 我不确定负极含锂的电池是否还属于锂离子电池，但是不管怎样界定，将电解质从液态换成固态都是一个很有希望的方向。
其次，钠离子电池很有潜力。它的材料成本很低，各方面性能也都不错，在家庭储能、规模储能、通讯基站、低速电动车等应用场景中，有希望部分替代铅酸电池和锂离子电池。
当然，还有铝、镁等其他金属的离子电池。但是铝、镁离子电池的循环性和动力学性能很差，很难做成可以多次充电的可逆电池，因此我个人不太看好。
此外，目前还在发展中的新型电池还有锂硫电池。如果它的循环性可以继续提高，有望应用于无人机，或者其他重视质量能量密度，但不特别强调体积能量密度的场景中。
另外还有锂空气电池，它的研究更难一些，可以说是集中了燃料电池、锂离子电池和金属锂电池的难点，相关的基础研究依然处于初步阶段，还需要比较长的时间来发展。
黄云辉： 钠离子电池确实很有希望，但在走向产业化之前，它也面临很多问题。
首先，我们还没有真正了解哪些正、负极材料可以产业化。其次， 虽然它的资源成本很低，但在产业化之前，钠离子电池的整体成本并不低。
尤其是在目前锂离子电池的成本已经相当低的情况下，钠离子电池如何降低成本到足以部分替代锂离子电池的程度，还是一个很大的挑战。
锂硫电池也是一样，相关研究很多，在合适的场景中也有很好的应用前景，但是对于它所固有的缺陷，我们还必须想办法改进。比如，如何降低它的电解液用量以减小体积、如何提高安全性等。
孙世刚： 这些新型电池主要是两类，一类是离子电池，包括钠离子电池、镁离子电池等。第二类是金属电池，包括锂硫电池、锂空气电池等。
其中金属电池的挑战性更大，在具备高能量密度的同时也面临很多问题，比如安全性和循环性不够好。而我认为，由于我们对其中的基础过程理解不到位，所以很多目前的研究思路都不是根本性的思路。
举例来讲，对于锂金属表面长枝晶的问题，我们现在常用人工保护膜等物理方法来改善。但是我认为，枝晶生长的本质是一个溶解和结晶的电化学过程，去控制成核生长过程才是最根本的方法。
当然，要控制锂金属的结晶难度很大，还需要进一步研究锂金属负极在不同电解液中的溶解和结晶规律，从根本上找到解决方法。
所以我还是要强调，在开发新体系的过程中，基础研究非常重要。
张宏立：
对于各种新型电池体系，我们产业界也非常关心。当然，大多数新技术距离产业化还有比较远的距离，其中进展相对较快的可能还是半固态电池，我们希望能在这方面有所突破，之后再逐渐实现全固态。
我很认同我们公司董事长的一个提法，他认为，电池技术的进步50%依赖于材料科学的进步，30%依赖于电池制造技术的进步，另外20%依赖于产品系统设计的进步。
这其中最重要的是材料技术的突破。在这方面，我们公司投入了非常多的精力，并与全球的高校和科研机构积极合作。如果在实验室中出现了基础性的重大突破，我们希望能尽快将其转化为颠覆性的电池产品。
电池的制造技术包括电芯、模组和电池包的制造。目前，我们的制造技术还不能完全满足主机厂的要求，还需要进一步降低成本、提高安全性，并更好地与整车系统相匹配。
最后是产品系统的设计，比如最近业界频繁提到的无模组技术，是否能够真正地将整个汽车底盘做成一体化的大电池，也是努力的方向。
成会明： 我很赞同大家的观点。首先，下一代电池能否取得突破，很大程度上取决于基本科学问题能否取得突破。大家刚才提到的几种新型电池，都已经有比较明确的科学问题，可以针对这些问题进行研究。
其次，我们的研究应该更明确地针对应用场景来开展。区分不同的应用场景，选择合适的电池体系进行针对性的研究，可以加快下一代电池的发展和应用。

天马行空，超越电化学

成会明： 对于下一代电池，我们可能还缺少一点天马行空、发散性的思维。我们需要用创新性思维，来想象一下未来可能出现的全新的电池、全新的储能形式。
孙世刚： 现有的各种储能模式，主要都是通过化学能和电能之间的转换实现的。
具体来讲有两种方式，一种是电容器，将能量储存在界面上，另一种是包括锂离子电池在内的各种电化学电池，用氧化还原反应实现能量的存储和释放。
除了化学能，我们或许可以将生物能、物理能、光能、机械能、热能等各种形式的能量转化为电能，并储存在电池中，从而获得突破传统电化学储能的新的储能方式。
陈军： 储能的目的是突破含能载体的时空限制，在需要的时候以特定形式释放能量，例如以清洁、便捷的电能形式进行释放。而从能量来源的角度看，解决人类能源危机的终极方案还应该是太阳能。
目前的太阳能电池已经有了很好的基础和积累，可能的突破点是仿生太阳能电池，比如模仿光合作用的电池，不需要消耗低丰度、分布不均的锂、钴等资源，直接将光能和二氧化碳、水结合生成含碳、氢的材料，同时释放电能。
另外，对一些高能化学反应，通过合理设计实现对反应产生能量的控制和利用，也有可能产生新的储能形式。
李泓： 现有的储能方式是将能量以电、热、氢等形式储存起来。但不管是哪一种形式，只要是一个封闭的体系，体系的能量密度就是有限的，总有用尽的时候。
最近提出了一种新的思路，我们或许可以借鉴生命体，开发出有“新陈代谢”特征的、开放的储能装置。比如，电鳗可以通过饮食来获取能量，并将其转化为电能，只要它还活着、还能摄食，电能就可以持续产生和释放。
我们也可以开发类似特征的装置，从外界自主吸收各种能量源，并源源不断地转化为电能，这一类装置可以称为活体电池（live battery）。例如燃料电池与逆向燃料电池（reverse fuel cell）的组合，可以依赖外界燃料的持续供给或者借助于太阳能发电而一直运行下去。
类似活体电池的研究目前还不多，但已有一些原型性的工作，包括利用有机反应来存储能量，以及纳米能源系统方面的一些工作，也就是对环境中的机械能进行收集和存储。这样一个动态开放的体系，可以不被传统电池能量密度极限所制约，实现长时间持续自主供电。
孙世刚： 这是很好的想法。要将生物、物理等各种方式融合进来，也一定伴随着材料方面的重大变革，需要将生物材料等各种材料形式融合进来。另外，我们刚才没有着重讨论的燃料电池也确实是一种非常重要的新型电池，而且它本身就是一个开放的体系。
黄云辉： 对于电动汽车，燃料电池和锂电池是两大方向，而且二者各有优缺点。这二者之间也需要融合发展。
事实上，储能技术是一个非常交叉的学科，涉及到材料、化学、电气、智能化制造、信息、机械甚至生物等各个领域。最近，教育部、发改委和能源局联合提出设立储能技术专业，也是希望能够促进学科融合，培养储能领域的新型人才，从而推动该领域的发展。

期待“中国标签”

成会明： 大家如何评价我国的电池研究与产业水平？
张宏立： 我们做过国产电池与日、韩电池的对标分析，结果发现，就单体电池而言，国产单体与日韩单体的差异不大，在某些指标上，国产的甚至更领先一些。但是，在制造层面上，国产电池成品的一致性、良品率显着低于日韩电池。
这些差距来源于设备、人员、控制体系、管理规范等诸多方面的差距，是我们必须承认的客观事实。
在设备方面，我们希望我国自主研发的优质核心设备能进一步提高控制精度、稳定性和稼动率，由此提升电池的整体制造工艺水平。
当然，中国也有自己的优势。我们拥有资源优势，而且产业链非常齐备，四大主材以及各种辅材的生产规模都十分可观，除满足国内需求，还可以出口海外。我相信，如果我们能够充分利用这些优势，一定可以实现从电池大国到电池强国的演进。
成会明：
您能否具体谈谈我国四大主材的水平？
张宏立： 首先是正极材料。在磷酸铁锂材料上，中国有自己的特色，在大规模生产、制造和应用上，我们都是世界首位，但要注意，核心专利并不在我们手上。三元正极材料方面，我们与优秀外企相比还有一定的差距，材料的一致性、杂质控制水平等都还有待提高。
在负极材料方面，我们的生产和大规模应用都是世界领先的，几家头部企业占据了非常大的全球市场份额。不过，在高性能硅碳负极制造和应用技术上，我们还落后于日本的公司。
电解液方面，国内的产量很大，但是核心的电解液配方和添加剂专利大都掌握在欧美或日本人手中。这其中存在潜在风险，是一个需要重点关注的问题。
隔膜的情况也类似，我们在产量上是绝对世界第一，占据了50%以上的全球份额，但是同样，我们不掌握原始核心专利。
所以整体来讲，我们的电池产业链非常齐备，产量很大，也有具有国际影响力的龙头企业，但在核心专利方面还有欠缺。
李泓： 我国的专利情况确实不容乐观，以硫化物固态电池为例，60%的专利都掌握在日本企业手中。
但是另一方面，下一代的电池需要下一代的专利，所以在下一代电池渐进式发展的过程中，我们是有机会改善现有状况的。
过去十几年中，我国的多家企业研究院都积极进行新材料的开发，专利数量也在不断增长。高校和研究所也非常活跃，申请了大量有价值的基于新技术的专利。
孙世刚： 在基础研究方面，我国的工作很多，也有不少工作在国际上有影响力。但是，除了吴锋院士团队提出的多电子理论等少数成果之外，很少有能贴上“中国标签”的重要原创性成果。
过去一些年中，我国论文导向的评价体系带来了一些不利的影响。今后我们应该想办法回归科研本身，允许有能力、有想法的研究团队十年磨一剑，真正去解决重要的科学问题，做出原创性的成果。
成会明： 没错， 我国的论文量很大，但是采用计算与理性设计进行的研究比较少，多数研究既不针对应用需 求，又没有针对科学问题，只是炒菜式地去合成一个材料，或者将一种材料与另外一种材料混合，然后测一测它的电化学性能，就写成一篇文章。这个问题是比较严重的。
另外，我们的多数研究都是着眼于电极材料，而不太关注辅材和整个系统的优化与设计。这也是在今后的基础研究中需要注意的问题。
李泓： 在电池领域，中国发表的论文数量占全世界的60%，是绝对的世界第一。
但是要注意，研究中所使用的高通量计算方法、原位在线表征方法、数字模拟仿真方法等都是由西方国家发明和主导的方法。也就是说，到目前为止，还有很多研究工作是我们不能做、只有国外科学家才能做的。
另外，提到研究工作中的理性设计，我还想引出一个问题，就是我们能不能进行材料的理性设计？目前，研究者提出了材料基因组方法，希望将高通量计算、高通量制备、高通量表征、大数据分析等结合在一起，来进行材料的理性设计。
但是实际上，这种理性设计的难度很大，能够胜任相关工作的研究团队在国内也不多。而且就计算而言，它虽然能够计算一些材料的带隙，但还远远无法真正从头预测电极性能，特备是动力学性能，并实现理性设计。
如何集合各学科的力量，加强更基础的科学研究，最终实现电池材料的理性设计，这是需要进一步探讨的问题。
陈军： 我们需要增加投入、全面布局，并加强产学研深度合作。要有一批人静心科研，专注基础研究和源头创新，也要有一批人钻研技术，聚焦制备工艺和工匠精神。
只有这样不断加强积累、克服急功近利，才会在电池领域出现更多的中国标签。
成会明： 感谢大家的精彩讨论！我和大家一样，相信电池研究和产业还会不断发展、不断突破，为人类社会提供强有力的能源支撑。

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❹ 机关炮，激光炮和激光枪是什么武器

机关炮呢其实就是自动炮，是指在前一发射击后，能自动连续完成下一发炮弹的装填和射击的全部动作的火炮。而我国和国际上的普遍做法通常是把口径在20--35毫米之间的自动炮才叫机关炮。所有的自动炮都叫机关炮。 机关枪 激光武器是一种利用定向发射的激光束直接毁伤目标或使之失效的定向能武器。根据作战用途的不同，激光武器可分为战术激光武器和战略激光武器两大类。武器系统主要由激光器和跟踪、瞄准、发射装置等部分组成，目前通常采用的激光器有化学激光器、固体激光器、CO2激光器等。 陆军的快速发射高炮的炮管寿命短，连续发射几分钟后就要更换，而激光枪不存在多次发射的寿命问题。可以预计，未来在目前弹炮结合防空武器系统的基础上，将出现将新型防空导弹。高炮和激光武器三结合的对空防御系统。其中，激光枪主要拦截从低空、超低空突然来袭的近距离目标，这有可能大大提高对精确武器的拦截溉率，解决当前存在的极近程防空问题，并可用于保卫重要目标，如重要机构、指挥中心、通讯和动力中枢等。目前研制的激光枪的体积一段较大，重量较重，所以各国首先考虑舰载应用。目前，发达国家的大型水面舰只已开始采用核能作为动力，中型水面舰只的电动化改进也已进入实质阶段，这都为激光武器在舰艇上的应用铺平了道路。 战术激光枪的突出优点是反应时间短，可拦击突然发现的低空目标。用激光拦击多目标时，能迅速变换射击对象，灵活地对付多个目标。激光枪的缺点是不能全天候作战，受限于大雾、大雪、大雨，且激光发射系统属精密光学系统，在战场上的生存能力有待考验。 面临的国际问题 这种武器无声，却像闪电般快。它那幽灵般的子弹直射到对手脸上，对手会看到一道闪光，这也是他在世上最后一次看到光明。这种武器不会杀人，但能使受伤者永远失明，这就是“激光枪”。国际红十字协会担心不久西方部队将装备“激光枪”。因此它要求现在就禁止这种致盲武器。它援引《日内瓦公约》说，该公约禁止使用导致“不必要痛苦和过多伤害”的武器。因此，人类才在全世界范围内禁止使用化学武器。《条约》同样适用于“能导致受害人次目失明的武器”。 美国科学家联合会证实，美国80年代中已开始致盲武器的研制工作，并声称，“该武器的首要目标”是坦克、战斗直升机和飞机的瞄准镜。激光束能使这类进攻性武器的光电瞄准仪器“失明”，从而失去战斗力。 这种针对光学瞄准仪的武器也同样会使人双目失明。美军已试验过从背包中的电池获取能量，并发射强大激光束的激光枪。 从激光枪中射出的激光有不同的颜色：红、黄、绿、紫，还有人眼看不见的红外线。士兵将激光枪扛在肩上，用望远镜瞄准器可以打中“几百米至几公里内”的目标。只有障碍物才能转移激光束的方向。 由于激光枪的射程超出一公里，光束可以从针尖大小扩散为一个直径约1米的锥体，因此它能击中很小的目标，如 激光射入眼后会使视网膜受伤，导致视网膜下出血和眼内出血而失明。有时激光射入眼球，会引起眼球内少量液体爆炸式的汽化，形成眼内冲击波，引起眼球内部微型爆炸。美国一家杂志认为，这种导致“直接、持久性双目失明”的武器是“不人道的”，与“毒气和达姆弹”没什么区别。 激光炮是一种高能激光武器，利用强大的定向发射激光束直接毁伤目标或使之失效。而根据作战用途，这种新型武器分为战术激光武器和战略激光武器两大类。战术激光武器 战术激光武器是利用激光作为能量，像常规武器那样直接杀伤敌方人员、击毁坦克、飞机等，打击距离一般可达20公里。这种武器的主要代表有激光枪和激光炮，它们能够发出很强的激光束来打击敌人。目前，国外已有一种红宝石袖珍式激光枪，外形和大小与美国的派克钢笔相当。但它能在距人几米之外烧毁衣服、烧穿皮肉，且无声响，在不知不觉中致人死命。 激光炮 激光炮的威力特别大，称得上是“炮中王”。它主要分折叠式激光炮，固定式激光炮和轻型激光炮三种类型。激光炮在一秒种内能发射1000发“光弹”，光弹就是威力无比的"强光束"。它靠远警雷达测定敌方导弹或飞机飞行的方位、距离、高度、速度等，经过电子计算机迅速处理后，准确无误地命中目标。如果敌方同时发射多个真假导弹，激光炮有本事在短时间内把所有来犯的导弹全都摧毁。 利用激光的特性还可以制成武器。低能激光武器如激光枪，重量轻，体积小，可由步兵手持作战，1500米的距离外使用也能烧瞎敌人眼睛，烧焦皮肤，使衣服、树木、房屋起火。高能激光武器是激光炮。它能摧毁敌方的导弹，如2.5倍音速动作灵活的“响尾蛇”空对空导弹。1975年原苏联用激光武器击毁了两颗美国的军事侦察卫星。 只有用超导技术，造出超导储能器，储存超强度的电流，才能产生高强度激光。这种激光能摧毁敌方的卫星或导弹。 激光炮，电磁炮，电磁弹射器的储能装置--飞轮电池（flywheel battery）美国在90年代研制的飞轮电池一面世就以其能量密度高、体积小、质量轻、充电快、寿命长、无任何废气、废料等特点而引起专家的关注。先进的飞轮电池其比能量可达150Wh/kg（镍基电池的2～3倍），比功率为5000～10000W/kg远远高于一般化学蓄电池和内燃机功率（先进化学蓄电池为200～400W/kg，内燃机为600～800W/kg），其快速充电过程可在几十分钟内完成而且能量能长时间储存。 飞轮电池实际上是一种机电能量转换和储存装置。充电时，飞轮中的电机以电动机的形式运行，在外电源的驱动下，带动飞轮旋转，达到极高的转速，从而完成电能——机械能的储能过程。放电时，飞轮中的电机以发电状态运行，对外输出电能，完成机械能——电能转换的释放过程。因此它不会像内燃机产生排气污染，同时也没有化学反应过程，不会引起腐蚀，也无废料的回收过程，确实是一种应用前景广阔的新型清洁动力电池。 激光炮是PVE最有效率的武器。 现在的大多数意见是认为导弹是最好的PVE武器，不过最好和最有效率是有区别的。 所谓最好，是一个综合概念，毋庸置疑，导弹武器是高槽攻击武器中适用范围最广，使用难度最低的，有4种属性的导弹来对付任何目标，射程内一定命中，这些优势使导弹PVE综合性能最好的地位无法动摇。而衡量武器的效率不能光看战斗的难易程度，相对于毫无操作难度的导弹武器，炮类武器虽然在使用上有不少难度（最明显的一点就是对近距离高速目标非常困难），但是可以通过相应的战术降低不利影响（比如大家都熟悉的保持距离放风筝战术）。要更简单明了地比较各种武器的使用效率，我们需要引入以下概念： 火力持续时间、火力转移速度、火力中断间隔。

❺ 发电厂产生的电多了会去哪里是被浪费了还是储存起来了

这个问题实际上可以这样问。发电厂的电力是如何传输到数百万家庭的？多余的电力是否可以储存起来，以便在需要时使用？我给你几个步骤。电能是如何储存的？电能储存至今也是世界难题，大家都知道智能手机天天充电，电动车充电只能跑一公里，基本上电能储存问题已经制约了社会科技的进步，真的是字面意思，所以有很多致力于储能的研究机构，但是他们都没有想出一个比较可靠的方案。

当电网没有负荷时，发电机将被关闭，水将被储存在水库中。当需要用电时，水就会从水库中放出，以产生电力。但是，水库的容量是有限的，如果蓄满了，自然还是要弃水的，我们现在知道通常看到的大水库是什么作用了。抽水蓄能：抽水蓄能电站是一种新的储存电能的方法，在用电低谷的时候，既然水电站必须弃水，就用这些水来发电，然后把一些电抽到山顶的一个水库里，等到高峰时，再从山顶的水库里放水发电，从而起到储存电能，减少可弃水电损失的目的。

❻ 生物问题

如果你学得物理化学拿分比较有把握的话可以先做这两科，最后做生物，其实生物题选择题做仔细一点然后大题思考得周全一点还是比较容易得分的
基本概念和原理还是要好好理解清楚，以前的错题可以重点回顾一下，看看自己到底哪儿还不够扎实~
加油哈~~

❼ 电感如何储能

电感器本身就是一个储能元件，以磁场方式储能。其储存的电能与自身的电感和流过它本身的电流的平方成正比：e
=
l*i*i/2。由于电感在常温下具有电阻，电阻要消耗能量，所以很多储能技术采用超导体。电感储能还不成熟，但也有应用的例子见报。电感的特点是通过的电流不能突变。电感储能的过程就是电流从零至稳态最大值的过程。当电感电流达到稳态最大值后，若用无电阻（如超导体）短接电感二端并撤去电源，如果电感本身也是超导体的话，则电流则按原值在电感的短接回路中长期流动，电感这种状态就是储能状态。

❽ 纳米铝的制备方法

纳米铝的大规模制备和应用研究关系到我国国防建设的发展和高科技产品的开发。纳米铝的制备研究论文非常少，所用的方法主要局限于法和电弧放电法，化学法主要有两种，包括机械化学法和溶液化学法。
蒸发冷凝
蒸发冷凝法是物理方法制备纳米微粒的一种典型方法。在真空下充人纯净的惰性气体(Ar，He等)，高频感应加热使原料铝锭蒸发，产生铝蒸气，惰性气体的流动驱动蒸气向下移动，并接近冷却装置。在蒸发过程中，铝蒸气原子与惰性气体原子碰撞失去能量而迅速冷却，这种有效的冷却过程在铝蒸气中造成很高的局域过饱和而均匀成核，在接近冷却装置的过程中，铝蒸气首先形成原子团簇，然后形成单个纳米微粒，纳米微粒随气流经分级进入收集区内而获得纳米粉末。这种方法耗能大、成本高、粒径难以控制、产品稳定性差。
线爆炸法
线爆炸法¨是另外一种物理法，首先将爆炸室抽至较高的真空，然后向爆炸室充人一定压力的高纯氩气。调节高压至34kV，向储能器充电3OkV，使整个系统处于稳定状态。通过送丝装置将直径为0．3mm的铝丝送入爆炸室，控制A1线爆炸频率为3O次/min。通过等离子体放电使铝丝在瞬间爆炸，形成高分散的纳米铝粉，然后将纳米铝粉收集后在氮气的保护下进行原位包装。这种方法制备纳米铝粉的粒径一般在100nm以上，很难做到粒径更小，同时这种方法的生产量很小，难以满足日益扩大的市场需求。因此，寻求一种新型的方法制备纳米铝粉将会为太阳能电池市场、军工国防事业提供新的技术支撑。
机械化学
机械化学法采用氯化铝和金属锂作为反应原料，边研磨边反应制备纳米铝。所使用的设备是惰性气体手套箱和球磨机。研磨反应后所得产物经过有机溶剂硝基甲氯化铝溶液洗涤，能够除去大部分副产物氯化锂。所得纳米铝的平均粒径为55nm。由于所生成的纳米铝非常活泼，如果使用金属钠与氯化铝球磨制备纳米铝，则副产物氯化钠很难除去。下式为机械化学法制备纳米铝的反应式：A1C13+3Li—Al+3LiC1(1) AIC13+3Na_Al+3NaC1(2) 这种机械化学法制备纳米铝优点是方法简便，操作简单。缺点是虽然经过长时间研磨，也难以保所有的原料都能够参与反应，因为固相研磨法毕竟接触面较小，无法与均相反应相比。因此，如果能够寻找一种均相反应制备纳米铝的方法将会更有利于产物的纯度、粒度均匀性和规模化生产。
激光剥蚀
脉冲激光剥蚀法也是物理法的一种，所采用的介质是乙醇、丙酮或者乙二醇。从把铝材浸人液体中，要经历三个步骤来制备纳米铝颗粒。所有这些步骤都是在很短时间内完成的，通常是大约几个毫秒。首先是激光脉冲加热靶材到沸点，这样就产生了含有等离子体靶材蒸气原子。接着等离子体绝热膨胀，最后随着气体冷却，纳米铝子形成。在冷却步骤，首先是成核，接着通过相互粘附或者新材料沉积在上面导致纳米粒子生长。这种合成方法的影响因素主要有激光波长、激光能量、脉冲宽度、液体介质类型和剥蚀时间等。这种制备纳米铝的方法成本非常昂贵，不适合大规模生产。
电弧放电
纳米铝粉的制备研究多年来主要采用物理法¨，是因为纳米铝粉非常活泼，不但在空气中很容易被氧化甚至燃烧爆炸，而且在溶液中也容易氧化变成氧化铝，因此，化学方法很难控制最终的产物纳米铝粉不被氧化。如何在原有制备纳米铝方法的基础上能够更好地控制纳米铝的尺寸，提高纯度，降低成本将是未来急需解决的一些问题。

❾ 电容储电量与什么有关

电容电池实际上就是一个电容器，只是由于其容量比通常的电容器大得多，对外表现和电池相同，因此取名“电容电池”，也有称作“超级电容”。

目录

与传统电池比较
电池的结构和工作原理结构
工作原理
电池的特点
使用注意事项
超级电容电池的目前市场
目前超级电容电池的研发情况国外研发情况
国内研发情况
与传统电池比较
电池的结构和工作原理 结构
工作原理
电池的特点
使用注意事项
超级电容电池的目前市场
目前超级电容电池的研发情况 国外研发情况
国内研发情况
展开 编辑本段与传统电池比较
生产和生活最常见的铅蓄电池，可将电能通过化学反应储藏起来，到另一个场合或另一时段使用。铅蓄电池虽然造价较低，但也有相应的弱点，诸如能量转换效率较低、电池反复充放电易老化导致使用寿命短、比能量（Wh/kg）和比功率（W/kg）小使设备笨重、充电时间长等；现在我们在手机上使用的锂离子电池，虽然也有许多优点，但它价格昂贵且储藏电能有限，不能在大功率场合下使用；所以正在开发研制的超级电容电池，相比较而言，就有着一般电池无可比拟的优点，它的前景不可限量。
编辑本段电池的结构和工作原理
结构
超级电容的容量比通常的电容器大得多。由于其容量很大，对外表现和电池相同，因此也称作“电容电池”或说“黄金电池”。超级电容器电池也属于双电层电容器,它是目前世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种,其基本原理和其它种类的双电层电容器一样,都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量. 传统物理电容中储存的电能来源于电荷在两块极板上的分离,两块极板之间为真空(相对介电常数为1)或一层介电物质(相对介电常数为ε)所隔离,电容值为:C = ε·A / 3.6 πd ·10-6 (μF) 其中A为极板面积,d为介质厚度。所储存的能量为: E = C (ΔV)2/2，其中C为电容值,ΔV为极板间的电压降.可见,若想获得较大的电容量,储存更多的能量,必须增大面积A或减少介质厚度d，但这个伸缩空间有限，导致它的储电量和储能量较小。
工作原理
双电层电容器中,采用活性炭材料制作成多孔电极,同时在相对的碳多孔电极之间充填电解质溶液,当在两端施加电压时,相对的多孔电极上分别聚集正负电子,而电解质溶液中的正负离子将由于电场作用分别聚集到与正负极板相对的界面上,从而形成两个集电层,相当于两个电容器串联,由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面积(即获得了极大的电极面积A),而且电解液与多孔电极间的界面距离不到1nm(即获得了极小的介质厚度d),根据前面的计算公式可以看出,这种双电层电容器比传统的物理电容的容值要大很多,比容量可以提高100倍以上, 从而使单位重量的电容量可达100F/g，并且电容的内阻还能保持在很低的水平，碳材料还具有成本低，技术成熟等优点。从而使利用电容器进行大电量的储能成为可能，且在实际使用时，可以通过串联或者并联以提高输出电压或电流。
编辑本段电池的特点
（1）充电速度快，只要充电几十秒到几分钟就可达到其额定容量的95％以上；而现在使用面积最大的铅酸电池充电通常需要几个小时。 （2）循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达50万次，如果对超级电容每天充放电20次，连续使用可达68年如果相应地和铅酸电池比较, 它的使用寿命可达68年, 且没有“记忆效应”。 （3）大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%； （4）功率密度高，可达300W/kg~5000W/kg，相当于普通电池的数十倍；比能量大大提高，铅酸电池一般只能达到0.02kWh/kg，而超级电容电池目前研发已可达10 kWh/kg， （5）产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源； （6）充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护； （7）超低温特性好，使用环境温度范围宽达-40℃～+70℃； （8）检测方便，剩余电量可直接读出； （9）单体容量范围通常0.1F--1000F 。
编辑本段使用注意事项
1、超级电容器具有固定的极性。在使用前，应确认极性。 2、超级电容器应在标称电压下使用： 当电容器电压超过标称电压时，将会导致电解液分解，同时电容器会发热，容量下降，而且内阻增加，寿命缩短，在某些情况下，可导致电容器性能崩溃。 3、超级电容器不可应用于高频率充放电的电路中，高频率的快速充放电会导致电容器内部发热，容量衰减，内阻增加，在某些情况下会导致电容器性能崩溃。 4、安装超级电容器后，不可强行倾斜或扭动电容器，这样会导致电容器引线松动，导致性能劣化。 5、在焊接过程中避免使电容器过热： 若在焊接中使电容器出现过热现象，会降低电容器的使用寿命，例如：如果使用厚度为1.6mm的印刷线路板，焊接过程应为260℃，时间不超过5s。 6、将电容器串联使用时： 当超级电容器进行串联使用时，存在单体间的电压均衡问题，单纯的串联会导致某个或几个单体电容器过压，从而损坏这些电容器，整体性能受到影响，故在电容器进行串联使用时，需得到厂家的技术支持。
编辑本段超级电容电池的目前市场
随着各国对超级电容电池紧锣密鼓的研发，技术日趋成熟，超级电容电池已进入应用阶段，渐趋市场化、商业化。 极具代表意义的是2006年8月28日，由奥威科技等单位参与的上海科技创新登山行动计划超级电容公交电车示范线11路正式开通，标志着我国乃至世界首条超级电容电动公交车线路迈出了商业化运行的步伐。这10辆“零污染”超级电容公交车和10个智能充电站，这种超级电容车看上去是一辆无轨电车，所不同的是“剪”掉了头顶上累赘的两根大“辫子”，在车底部安装了一种超级电容器。车进站后趁着上下客的间隙，车顶充电设备会自动垂直升起，搭到隐藏在候车站“屋檐”下的电缆上，30秒钟即完成充电，能平稳行驶3-8公里，最高速度则可达每小时44公里。与有轨、无轨电车相比，超级电容公交车没有地面轨道和空中触线网，有利于“净化”城市空间。据了解，在开启空调的情况下，超级电容公交车每公里带空调耗能仅为1.4度电，能耗费用仅为燃油汽车的33%，在刹车制动时能量回收率达到40%。虽然这种车的技术还不够完美，加上驾驶员的操纵还不到位，会有这样那样的小问题，但其运行前景不容置疑。 电动车的典型驱动结构如图示。 另外，超级电容器在变配电站直流系统中、税控机、税控收款机上、摇晃式手电筒上（免换电池，只要摇晃30秒钟，即可发光5分钟；照射距离1公尺）、智能表类（如智能水表和煤气表）上、计算机UPS电源方面亦多有应用。打开淘宝网，已能找到几家出售这种新电源的商铺，足以说明它的市场化程度。有专家预言，有朝一日，超级电容电池技术变得成熟，造价可以被老百姓接受，则将满街都是电动车！
编辑本段目前超级电容电池的研发情况
超级电容器是上世纪80年代后发展起来的新型储能器件，在欧洲、美国、日本已经开始形成新兴的产业。
国外研发情况
从1990年开始，世界各国开始成立专门机构开发和生产超级电容器，目前，在该技术领域中处于领先地位的国家有俄罗斯、日本、德国和美国，这些发达国家已把超级电容器项目作为国家重点研究和开发项目，并提出了近期和中长期发展计划。在超级电容器的实用性方面，俄罗斯走在世界的前列。
国内研发情况
我国从九十年代开始研制超级双电层电容器，与国外先进水平还有一定的差距。据有关资料表明，国内有些单位已经研制出比能量为10Wh/kg、比功率为600W/kg的高能量型及比能量为5Wh/kg、比功率为2500W/kg的高功率型超级电容器样品，循环使用次数可达50,000次以上。性能指标已经达到国际先进水平，成本较国际平均价格有大幅度下降，初步具备应用水平。我们相信，在创新精神的鼓励下，我国超级电容将很快赶上、超过世界先进水平。

❿ 电容器的储能原理

储能电容也称电化学电容或者超级电容，与传统静电电容器不同，主要表现在储存能量的多少上。作为能量的储存或输出装置，其储能的多少表现为电容量的大小。根据储能电容器储能的机理，其原理有两种，都是很多科学家前赴后继的研究得出来的。下面就来说说：

1.在电极P溶液界面通过电子和离子或偶极子的定向排列所产生的双电层电容器。

此原理的指导思想就是19世纪末Helmhotz等提出的双电层理论。关于双电层的代表理论和模型有好几种，其中以Helmhotz模型最为简单且能够充分说明双电层电容器的工作原理。该模型认为金属表面上的静电荷将从溶液中吸收部分不规则的分配离子，使它们在电极P溶液界面的溶液一侧，离电极一定距离排成一排，形成一个电荷数量与电极表面剩余电荷数量相等而符号相反的界面层。于是，在电极上和溶液中就形成了两个电荷层，这就是我们通常所讲的双电层。双电层有储存电能量的作用，储能电容器的容量可以利用公式来计算，最后我们可以得到结论，就是双电层电容器的容量与电极电势和材料本身的属性有关。通常为了形成稳定的双电层，一般采用导电性能良好的极化电极。

还有第二种原理就是在电极表面或体相中的二维与准二维空间，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附、脱附或氧化还原反应，产生与电极充电电位有关的法拉第准电容器。

在电活性物质中，随着存在于法拉第电荷传递化学变化的电化学过程的进行，极化电极上发生欠电位沉积或发生氧化还原反应，充放电行为类似于电容器，而不同于二次电池，不同之处为：

（1）极化电极上的电压与电量几乎呈线性关系；

（2）当电压与时间成线性关系dV/dt=K时，电容器的充放电电流为一恒定值I=CdV/dt=CK.此过程为动力学可逆过程，与二次电池不同但与静电类似。法拉第电容和双电层电容的区别在于：双电层电容在充电过程中需要消耗电解液，而法拉第电容在整个充放电过程中电解液的浓度保持相对稳定。

法拉第准电容不仅在电极表面产生，而且还可以在电极内部产生，其最大充放电能力由电活性物质表面的离子取向和电荷转移速度控制，因此可以在短时间内进行电荷转移，即可以获得更高的比功率（比功率大于500W/kg）。

说到这里，想必大家已经都了解储能电容的工作原理了吧。南京绿索储能电容南京江宁开发区秣周路88号祖堂工业园