关于电池研究的论文

近两年，废电池对环境的影响成为国内媒体热门话题之一。有的报道称电池对环境污染很严重，一节电池可以污染数十万立方米的水。有的甚至说废电池随生活垃圾处理可以引起诸如日本水俣病之类的危害，这些报道在社会上引起了很大反响，有很多热爱环保的人士和团体开展或参加了回收废电池的活动。 然而，国家环保总局有关人士却认为，废电池不用集中回收，以前有关废电池危害环境的报道缺乏科学依据，在某种程度上对群众造成了误导。那么，废电池怎样处理才科学呢?本文拟就此问题作以简要介绍，以期帮助大家更科学地认识废电池处理问题，更好的保护我们的环境。 废电池里面到底有哪些污染物 清华大学环境科学与工程系的博士生导师聂永丰教授，带领课题组专门对废电池的危害和处理做过研究。他介绍说，近年来关于废旧电池给环境带来危害的报道的确很多，但是遗憾的是，这些报道未向读者或观众说明支持其结论的科研内容，没有向读者介绍其分析推理过程，也没有列举因干电池造成污染的实际案例，只有“污染严重”的结论。 废电池中含有哪些有害物质，这些物质通过什么样的机理释放到环境中，会对环境造成多大程度的损害，国内外有无废干电池引起严重污染的案例，发达国家是怎样解决这个问题的?带着疑问，课题组作了全面深入的调查，得出的结论与一些新闻报道相去甚远，这些报道确有不切合实际和偏激之处。 聂教授介绍说，电池产品可分一次干电池(普通干电池)、二次干电池(可充电电池，主要用于移动电话、计算机)、铅酸蓄电池(主要用于汽车)三大类。用量最大、群众最关心，报道最多的是普通干电池。下面所说的电池均指普通干电池。 电池主要含铁、锌、锰等，此外还含有微量的汞，汞是有毒的。有报道笼统地说，电池含有汞、镉、铅、砷等物质，这是不准确的。事实上，群众日常使用的普通干电池生产过程中不需添加镉、铅、砷等物质。 废电池中的汞没有对环境构成威胁 汞的挥发温度低，是一种毒性较大的重金属。很多地方的土壤中也含有微量的汞，在汞矿开采、提炼、含汞产品加工过程中，如密闭措施不够完备，释放到空气中的汞(蒸气)对操作人员的健康影响很大。 电池中虽然含有汞，但由于是添加剂，其含量很少。即便是高汞电池，含汞量一般也在电池重量的千分之一以内。我国电池行业全年的用汞量，大体上与一个汞法聚氯乙烯，或汞法炼金，或高汞铅锌矿采选的企业年排放废水中的含汞量相当。由于电池消费区域大，含汞废电池进入生活垃圾处理系统以后，对环境的影响比前述一个化工企业排放含汞废水所造成的影响要小得多，况且电池使用了不锈钢或碳钢做外包皮，有效地防止了汞的外漏。因而废电池分散丢弃在生活垃圾中，其危害微乎其微，在客观上不可能造成水俣病之类的危害。日本的水俣病是化工企业几十年向一条河流排放大量含汞废水，下游水系中汞逐渐累积造成的。 含汞电池正在被无汞电池代替 当然，含汞废电池毕竟对环境有负面影响(哪怕是轻微的)。因此，在1997年底，国家经贸委、中国轻工总会等9部门联合发出《关于限制电池汞含量的规定》，借鉴发达国家的经验，要求国内电池制造企业逐步降低电池汞含量，2002年国内销售的电池要达到低汞水平，2006年达到无汞水平。 从实际进展来看，国内电池制造业基本按照《规定》要求在逐步削减电池汞含量。据中国电池工业协会提供的数据，我国电池年产量为180亿只，出口约100亿只，国内年消费量约80亿只，基本已达到低汞标准(汞含量小于电池重量的％)。其中约有20亿只达到无汞标准(汞含量低于电池重量的％)。 聂教授最后强调，截至目前国内外均无废电池造成严重污染的报道或科研资料，有关废电池污染环境的说法的确缺乏科学根据，对群众造成了误导。 废电池集中回收处理不当会造成污染 如果按某些报道呼吁的那样，在我国建造一个专业的、能够批量处理废电池的工厂，是否可行呢?国家环保总局污控司固体处彭德富工程师介绍说，建设一个废电池回收处理厂，需要投资1000多万元人民币，而且还要每年至少回收4000多吨废旧电池，工厂才能运转起来。而实际上要回收这样大数量的废电池十分困难。以首都北京为例，在大力宣传和鼓励下，3年才回收了200多吨。在环保模范城杭州市，废电池的回收率也只有10%。据了解，目前瑞士和日本已建好的两家可加工利用废旧电池的工厂，现在也因吃不饱经常处于停产状态。这不得不让我们慎重考虑投资建回收厂的问题。

作者: Raymond George Klaus Hassmann【摘要】燃料电池具有非同寻常的性能： 电效率可达60％以上，而且可以在带着部分负荷运行的情况下进行维修，除了有低比率碳氧化物排放外几乎没有任何有害的排放物。文章介绍按温度划分的4种主要燃料电池(PEMFC、PAFC、MCFC和SOFC)的性能，重点介绍高温固体氧化物燃料电池(SOFC)的应用及其发展前景。 With demonstration projects fuel cells are Well uder way toward penetrating the power market,covering a wide range of application．This paper introduces the main four types of fuel cells which are PEMFC,PAFC，MCFC and SOFC．Then it puts the emphasis on SOFC and its application market． 燃料电池是通过由电解液分隔开的2个电极中间的燃料(如天然气、甲醇或纯净氢气)的化学反应直接产生出电能。与汽轮发电机生产的电能相比，燃料电池具有非同寻常的特性：它的电效率可达60％以上，可以在带部分负荷运行的情况下进行维修，而且除了排放低比率碳氧化物外，几乎没有任何其他的有害排放物。1 燃料电池的分类 目前研制的燃料电池技术在运行温度上有不同的类型，从比室温略高直到高达1000℃的范围。大多数工业集团公司的注意力集中在以下4种主要类型上：(1)运行温度在60-80℃之间的聚合物电解液隔膜型燃料电池(PEMFC)；(2)运行温度在160-220℃之间的磷酸类燃料电池(PAFC)；(3)运行温度在620-660℃之间的熔融碳酸盐类燃料电池(MCFC)；(4)运行温度在880-1000℃之间的固体氧化物燃料电池(SOFC)。 可以将这些类型的燃料电池划分为低温型(100℃及以下)、中温型(约200℃左右)及高温型(600-l000℃)燃料电池。 表1简要地列出了各种类型燃料电池的性能。中温型和高温型燃料电池适于用在静止式装置上，而低温型燃料电池对于静止装置和移动式装置都适用。 实用装置的功率容量差别也很大，可以给笔记本电脑及移动电话供电(数以W计)，也可以给居民住宅(数kW)或是分散的电热设备和动力设备(数百KW到数MW)供电。 最适于用来驱动汽车的是低温型燃料电池。 根据使用期限成本进行的经济性比较结果表明，就发电成本而言，SOFC型燃料电池要PEM型低30％。这个结果是根据SOFC型燃料电池的电效率比PEM型的高，这2种燃料电池最终都可以达到l000美元／KW的投资成本这一假设条件而推导出来的。 2 高温燃科电池 高温型燃料电池具有许多适于在静止式装置上使用的特性。但是在高温型燃料电池产生出电能之前需要较长的加热过程，因而这种技术不能应用于要求在短时间内频繁起动的各种实用装置。此外，高温型燃料电池还具有以下特点： (1)不需要使用贵金属来催化电化学反应。一般情况下使用陶瓷材料。 (2)对CO完全没有限制。CO参加到电化学反应过程并像H2一样被氧化。 (3)对燃料表现出高度灵活性。可以给这类燃料电池发电设备供应天然气，天然气在设备内部被转换成H2和CO。这意味着无需任何外部燃料，从而大大简化了发电设备的平衡问题。 (4)高温可以将燃气轮机连接到该系统上，在这种情况下，燃料电池发电设备是在300kPa压力下运行，并在不考虑燃气轮机输出的情况下将燃料电池的功率密度提高约20％，因此使总的电效率提高10％，可成倍地降低使用期限成本。 (5)较高的运行温度也为排热提供了更多的灵活性。在电效率达60％或更高水平的联合循环系统中可限制废热排放，而在单循环下则会排放出更多的热量。 MCFC和SOFC是这类高温型燃料电池的2种技术。它们使用的材料不同。MCFC是在一只陶瓷容器中放入液态的金属碳酸盐作为电解液，如果没有采取防止电极老化的措施，燃料电他的使用寿命会受到影响。 在MCFC中电化学反应是由CO3离子引发的。MCFC采用的是颊型电池，和SOFC型的管形设计方案相比，这种颊型电他的功率密度要稍微高一些。这在成本上要比SOFC型装置优越。但在另一方面，由于SOFC所用的陶瓷材料非常稳定，可以用在950-1000℃范围内，所以SOFC装置在抗老化性能上更具优越性。到目前为止，所有的长期电池试验和正在运行的试验性机组都表明SOFC型装置的使用寿命可以达到70 000-80 000h，是MCFC型的2倍。 MCFC和SOFC 2种技术在进行100-250kW功率范围的单循环现场试验中，成本都有大幅度的下降。目前在MCFC开发上占有主导地位的是美国的Fuel Cell Energy公司及其在德国的授权单位MTU，日本的Ishikawajima-Harima重工(IHI)和三菱公司等。而Siemens Westinghouse在SOFC开发上处于领先水平。3 中温型燃料电池 目前磷酸类燃料电池(PAFC)是具有最先进技术的燃料电池。80年代，IFC(国际燃料电池公司)决定对其前期商业化生产线进行投资，制造和销售200kW的PAFC装置，并将其投入市场。东芝公司在80年代末就已经努力使PAFC技术进入商用市场。从此，PAFC技术就一直在静止燃料电池的市场中占据着显赫的位置。迄今为止，全球已经安装了150多套PAFC燃料电池装置。 研究表明，这种燃料电池未能实现市场商业化的原因大致有以下几方面： (1)电效率最高为40％，超过维修期限后会降到35％甚至更低水平。通常情况下设备的使用期限不超过20 000运行h。 (2)有些试验性的设备(如东芝公司管理的1套11MW设备未能达到顶期的性能水平。 (3)美国和日本政府大幅度削缩用于PAFC技术研究和开发的投资。 (4)从迄今积累的经验及在改善设计参数和降低产品成本方面的潜力来看，让PAFC技术成功地跻身于当今的市场中的可能性是极低的。4 SOFC在配电市场方面的潜力 Siemens Westinghouse公司根据对市场的分析，决定采取必要的措施加快SOFC技术进入市场的步伐。预计在2003-2004年提供第l批产品，进入商业性生产前的试验阶段，装置容量从目前的2MW扩大到15MW。 北美和欧洲被认为是SOFC燃料电池技术最有希望的市场。Hagler Bailly公司和西门子公司对功率范围为250 kW-l MW的市场进行了调查，结果表明到2005年SOFC燃料电池的市场容量为每年10000MW。北美和欧洲几乎各占50％。考虑到北美洲用户的结构和他们的需求，在北美洲各类小型发电机组的总容量在2010年可能达到每年约1000MW，其中600MW可能是燃料电池发电装置。在各种类型的燃料电池中，SOFC的市场份额约占40％，到2010年在北美洲SOFC的全年销售额将达到亿美元。 在竞争日益激烈的配电市场中的另一个获胜者是微型燃气轮机，主要是作为备用电源或辅助电源。由于SOFC和微型燃气轮机的特性适于不同的应用场所，SOFC效率高但投资成本也高，而微型燃气轮机成本低但效率也低，因而这2种技术不会产生市场上竞争。而往复式发动机会逐渐失去其在市场中的份额。 欧洲电网要比北美洲电网强大得多，欧洲电网强化了集中的大型发电厂的作用。因此在北美洲经常出现的分散式电热设备和动力装置的供电质量和供电可靠性问题在欧洲是不突出的。但另一方面，在欧洲对能量储存更为敏感。 此外，一些国家政府将颁布新的规程和法律及新的能源价格，预计欧洲各国之间市场份额会有重大差异。在有些情况下这个过程会给SOFC用于配电装置起到一定的促进作用。此外，欧洲的自由化近程落后于北美洲。因此，市场预测结果会有很大程度的不确定性。5 SOFC技术应用的扩展 使用天然气作为燃料的SOFC是车载式装置，其扩展应用可有以下几种形式：(1)家庭应用：新一代燃料电池将是扁平管型的，其功率密度是目前所用圆柱型燃料电池技术的2倍，因而将制造出5kW的燃料电池装置。这种设计方案是可行的，在配电市场中可以替代圆柱型燃料电池。(2)l0MW以上的系统装置：很显然，只要SOFC技术占有了功率范围在250-10MW的市场，那么下一步最必然的是要争取占有l0MW以上更大规模发电设备的市场。通过把更多SOFC链接起来便能实现这个目标，也满足了高效率低成本的要求。20MW级规模燃料电池的电效率已经接近甚至超过70％。(3)用液态燃料运行：使用天然气作为燃料将SOFC的应用局限在靠近天然气供气网的区域内，从而使这项新技术的应用受到限制。因此存在着让SOFC使用液态燃料的迫切要求。因此，应与大型石油公司合作进行该课题的研究开发，选择一种适宜的液体燃料并设计出最适于使用这种新燃料的SOFC发电装置，以便为边远的用户服务。 (4)C02的分离：Shell公司和 Siemens Westinghouse公司正在共同研制一种能将CO2从完全反应后的燃料中分离的SOFC设飞方案。例如，当把其装在用于回收油的平台上时，可以把CO2用泵压到地下储层中，这不但可省去CO2的排放税，还可提高原油的产出量。 (5)综合性应用：CO2分离装置可能是点火的火花装置，它使得SOFC在一种封闭且可再生的能量循环中成为关键性部件。经过-段时间，SOFC能产生出热量和电力，例如用于大型暖房的设施中，SOFC装置产生的C02可用来加快植物的生长。而任何一种农作物收获后的剩余有机物都可以转化为气体供给SOFC作燃料。

回收了！！！

[目录]1、废弃电池回收、处理刻不容缓2、对废电池污染评价3、国外电池处理回收概况4、 国内废弃电池回收处理概况5、 治理废弃电池污染之我见[原文] 废弃电池对环境的污染正渐为国人所重视。人们一直在寻求技术上可行、经济上可取的科学处理方法。废电池的回收、处理利用是一项系统工程，应根据中国的国情建立有效的无害化管理机制，国家要从政策上给予扶持，建立健全法规，完善回收、处理运行体系，无公害的再利用方法须进一步论证、研究和开发。分析了各种废弃电池对环境的污染；报导了国内外回收、处理废弃电池的情况；结合国情提出了治理电池污染的对策。"地球只有一个"，保护环境，爱护地球，给子孙后代留下一片蓝天和碧水，是全世界人民所向往并为之奋斗的共同目标。废弃电池对环境的污染已是一个不争的事实，关注电池的回收再利用，发展无污染、无公害的“绿色”化学电源产品已是时代要求和大势所趋，也是电池产品可持续发展的必由之路

地球，是人类共有的家园，是人类生命的摇篮；环境，是人类赖以生存的场所，是生活资料的来源。因此，保护环境的问题，显得尤为重要。在这个信息技术爆炸的时代，层出不穷的科技产品让人眼花缭乱。高科技产品逐渐普及，进入寻常百姓家。然而，在使用产品的同时，我们也在污染着我们的环境。生活中广泛使用的电池：手机、文曲星，照相机，mp3等等，造成了不可估量的环境污染就是其中的一个例子。电池中含有汞、铅、镍、锰等多种重金属，若不经过回收和妥善处理，而将其随意丢弃于自然环境之中，有毒物质便会慢慢从电池中溢出进入土壤或水体之中，再通过食物链入人体中，在人体内长期积累而难以排除，以致损害我们的神经系统，肾脏和骨骼，甚至还能致癌，而生活中，我们常常忽视废旧电池的处理环节。随着电子产品使用的日益增加，电池的消费量迅速增加，对于废旧电池的回收与处理问题自然成了突出的问题。我校在申请“绿色学校”时，专门设置了“可回收”与“不可回收”两种回收箱提醒我，我能为废旧电池回收做点什么？为此我开展了一系列调查。1、关于废旧电池回收难的原因调查。如何才能降低废旧电池对环境的污染，我认为回收废旧电池是关键。而在实际生活中有许多棘手的问题需要解决，其中最主要的是：1、市民缺乏环境意识，电池使用者过于分散，这是造成废旧电池回收难的重要原因。2、政府的宣传和执法力度不强，修理废旧电池技术有限是造成废旧电池处理难的重要原因。首先，对一则引人深思的信息的反思。我从《人民日报》中得知：一位以自费回收废旧电池而闻名的新乡市个体工商户田桂荣，于1999年，在一个偶然的机会，从报纸上发现废旧电池对环境造成的危害，这则消息对她的震动很大，她联想到自己销出的数不清的电池会破坏家乡秀美的山川，从此，回收废旧电池成了她的一项业务。刚一开始没有人主动来送，她就拿出自己做生意赚来的钱，以每节2分钱的价格自费收购，新乡市的中小学校、机关、商店等地，留下了田桂荣宣传保护环境回收废旧电池的身影。为了引起人们对废旧电池的关注，她自费制作了数千面印有“以旧换新、拯救地球”字样的绿色环保小旗以及200多个废旧电池回收箱，放在人多的公共场所。在她的不懈努力下，不少新乡市民加入到回收废旧电池的行列。两三年时间，田桂荣回收的废旧电池达60多吨。 然而让她意想不到的是，废旧电池的处理比回收更难。为了给这些固体污染物找一个理想的“归宿”，田桂荣四处奔波，先是找到当地一家电池厂，该厂技术负责人告诉她，从效益角度看，回收处理1节旧电池比生产3节新电池的成本还高，这家企业不愿干这件事。她又找到省、市环保部门，甚至专程到北京找有关部门咨询。但问来问去，得到的答复都是：“受技术条件限制，目前无法处理”。 一方面，她回收的废旧电池处理不成；但另一方面，市民们送来的废旧电池越来越多。没有办法，她只好一车一车地把废旧电池送到离市区十多公里的乡下老家。目前，她位于新乡县合河乡范岭村的老家那漂亮的两层楼房里，装有废旧电池的纺织袋从屋里堆到院子。 针对她的烦恼，记者采访了新乡市环保局副局长陈奇。这位领导认为，废旧电池中所含重金属污染严重，对此科研部门早有定论。但由于技术条件的限制，对废旧电池的回收、处理和再利用，目前还做得很不够。如果采用混凝土浇注填埋，也有一个选址、建厂的问题，还要进行防渗处理，这需要有充裕的经费支持。无独有偶，中央台在今年暑假也报道了另外一则与田桂荣情境完全相同的新闻。可见,市民缺乏环境意识，这是造成我国当前废旧电池污染问题的重要原因。而政府部门滞后的措施和缺乏应有的处理技术，是造成废旧电池污染问题的另一个重要原因。其次，对引人注目的现实的调查结果的反思。利用节假日，我对温州市区一些公共场所就 “对废旧电池的回收活动”进行调查。调查发现，尽管在温州市区的一些商场、社区和学校已经开展了对废旧电池的回收活动，但由于种种原因，成效不大，回收率仅为1%—2%。我做过以下问卷调查，内容包括年龄，职业，使用电池的态度等。此次活动共发放110份问卷，有效答卷90份。具体如下：年龄（岁） 10~20 20~30 30~40 40~45 45~55 55以上 人数 18 25 16 12 11 8 职业 学生 教育界 政府机关 企事业单位 服务业 其他 人数 38 8 2 16 14 12 使用率（平均一星期） 1~3节 3~5节 5~7节 7节以上 使用的电池（节） 83 4 2 1 购买电池的地方 超市 附近小店 路边小摊49 34 7对电池危害的认识 很大 一般 不大 不知道34 42 11 3此外，对本人居住小区附近的调查表明：有收购废旧电池习惯的有25人，对于听说过收购废旧电池活动的有15人。他们中对于开展这种活动的态度积极的有33人。这些数据表明，人们还没有完全形成回收旧电池的观念，有一部分人对于回收废旧电池的观念还不是很强，也可以说是环保意识还不强！其次，我们的政府部门也没有做好这方面的工作—对废旧电池的危害认识还不强，我们的宣传力度还不够。为了做更深入的研究，我针对消费者喜欢购买便宜电池的心态，对“便宜电池”的“便宜”亲身实验了一回：在一些商场的出租柜台或街头的小地摊上，常常会看到那些所谓的“便宜电池”，花个十元钱，你就可以随便买15、16节了。这个价格比品牌电池便宜多了，因此买得人也很多。凭着好奇心，我分别从商场买来“双鹿电池”和从地摊上买来“人人抢购”的便宜电池。在相同的时间里，分别进行放电实验。一天内，同样用于手电筒的放电，“双鹿电池”的电量还有剩余，而那个便宜电池的电量早就没了。结果表明，这些所谓的便宜货，其实并不是货真价实的。而消费者只看表面现象：便宜，不过本质：污染，人为地增加了废旧电池污染。因为：全国现在每年电池的消费量为140亿节，如果大量使用假冒伪劣的便宜电池，就会多增加两个140亿节的废旧电池！而在国家还没有妥善的办法处理之前，劣质电池购买越多，污染就会越严重。为此，我呼吁有关生产便宜电池的厂家应立即停止生产，多生产和开发出一些无污染且电量足的电池来！我提醒电池消费者：请购买无污染的电池，或者买个充电电池。调查表明：国产充电电池的价格为13元一只，进口的也只要15元一只。虽然价格高一些，但可以反复充电200次至500次，平均使用一次的价格每节只有几分钱，比便宜电池更为便宜，比普通的电池更持久，更耐用，更重要的是更有利于保护人类环境不受污染。不要为了一点“利益”而破坏环境，得不偿失啊！2、解决电池回收难的问题的几点建议：我们认为废旧电池回收问题的解决应该统筹兼顾：提高人们的环境意识是基础，制定完备的法律法规，加大有关政府部门的宣传和执法力度是保障，加速废旧电池资源再生利用技术的研究是重要条件等。具体做法如下，在公共场合，可适当粘贴一些警示语，提高人们对环境的保护，以尽量少地使用电池，还可开展一些关于回收废旧电池的公益活动，鼓励人们积极参与；政府部门应对那些制造便宜电池的厂商进行教育或者勒令他们停止生产；研制废旧电池再利用技术，通过科学技术，降低废旧电池的再生产利用的生产成本，提高经济效益，从而变废为宝。解决电池的问题，不是一朝一夕的事，更不是单单靠政府部门的努力的。这是我们大家的事！电池问题的解决，也就相当于在环保方面做出了努力。作为中学生，作为21世纪的主人，我们更应该树立环保意识，身体力行，积极加入环保行列，不做破坏环境之事，多做有益环境之事，从回收废旧电池开始，从不买劣质电池做起，为处理废旧电池努力，好好学习有关知识，争取早日研制出处理废旧电池的最佳方式乃至技术，为21世纪的地球，天蓝地绿水常清尽一份责任！最后，我想说的是，地球母亲在呼唤，世界人民在呼唤，社会大家庭在呼唤，为了你的家人，朋友，自己，保护环境，刻不容缓！关注环境，从解决废旧电池问题开始！