电池失效研究论文

电池失效研究论文

　　废旧电池的回收利用论文
　　2010年6月20日
　　摘要：我国作为世界上最大的电池生产国和消费国，2001年生产电池180亿只，主要有干电池、碱性锌锰电池、锌汞电池、镍镉电池、氧化银电池、氢镍电池、锂离子电池等，占世界总产量的30%。2001年消耗电池80亿只，折合约40万吨。可想而知，其污染程度是多么巨大。这么多电池排放到环境中，直接影响环境而且间接通过各种途径对人身体产生有害影响。所以，废旧电池的回收势在必行。
　　主题词：概况，回收，调查

　　一、电池概述

　　随着科学技术、社会经济的发展以及人们物质生活水平的不断提高，人们对能源的需求量越来越大，因此电池的使用量越来越大，相应世界电池的产量也正以每年20%的速度增长。据统计，2001年我国各类电池的生产总量达180亿只，2003年就猛增到262亿只，其中除少量出口发达国家的为高档无汞电池以外，大部分为低档有汞电池。电池的品种结构也已发展到目前的14个系列250多个品种，形成了较为完整的电池工业体系。但与此同时，大量的废旧电池也正通过各种渠道流入到环境中，对环境造成严重的污染，也必然通过直接或间接的渠道影响到人们的健康。在国家环境保护“十五”计划中，特别提到要建立废旧电池回收体系。2003年五部委发布了《废旧电池污染防治技术政策》。都表明了我国对废旧电池问题进行治理的迫切性。
　　电池的品种繁多，按其用途可分为民用电池和工业电池两大类。目前工业电池以铅蓄电池为主，其主要污染物为铅和硫酸。民用电池按其是否可以充电又可分为一次性电池和可充电电池，一次性电池主要包括锌锰电池、锌汞电池、锌银电池及锂电池等，其中最主要的一次性电池为锌锰电池，2003年我国锌锰电池产量高大246亿只，占电池总产量的90%以上，其废弃物中除了汞以外，还含有锌、锰、铜等重金属。可充电电池使用较多的有镍镉电池、氢镍电池、锂电池等，镍镉电池中的镉是环保部门严格控制的重金属元素，锂电池中的有机电解质，镍镉电池、氢镍电池中的碱和制造电池的辅助材料铜等重金属，都会对环境造成严重的污染。
　　（一）国内外电池的发展动态
　　联想集团和中科院物理研究所强强联合，正在共同组建苏州星恒电源有限公司，该公司采用了中科院物理所的锂离子动力电源技术成果，在苏州组建锂离子动力电池生产基地。此外，中南大学在湖南晶鑫科技股份有限公司的资助下已将其研究出的锂离子动力电池中试技术产业化。另外，为推动我国光伏技术及其产业的发展，国家发展改革委员会和科技部制定出未来5年太阳能资源开发利用计划，国家“光明工程”将筹资百亿元用于太阳能光伏发电技术的应用。热光伏系统的主要优点有效率较高、噪声低、可便携、可靠性高、高体积比功率、可将热能利用与发电结合在一起等。
　　近日，美国能源部与日本经贸部官员签署了合作研制氢燃料电池的协议。氢燃料电池不经过热功转化过程，按电化学方式直接将化学能转化为电能。它具有清洁、高效、灵活等优点。氢燃料电池若能研制成功将使人类不再依赖石油和煤炭，因此可以减少污染。目前，欧洲和美日等国家已有多家研究单位和企业在从事小型燃料电池的研究，为手机、笔记本电脑提供稳定的电力供应。另外还有很多厂家和科研单位正在开发电动车用燃料电池，也有一些科研单位正在从事镁燃料电池的研究。
　　（二）废旧电池的污染与危害
　　随着电池的生产、使用量越来越大，电池的应用遍及我们生活和工作的每一个方面。据调查，仅2001年，我国电池消费量就高达80亿节。每年产生如此多的废旧电池，如果处理不当将使之对环境的污染和人类的危害成为一个不容忽视的问题。
　　从电池的化学组成可以看到，电池中含有多种重金属，酸，碱等物质。电池的危害主要集中在所含的少量重金属上，如铅，汞，镉等，这些有毒物质通过各种途径进入人体，长期积累难以排出体外，就会损害人的神经系统、造血功能和骨骼，甚至可以致癌。废电池经过长期机械磨损和腐蚀，使得内部的重金属和酸、碱等物质泄露出来，进入土壤和水源，就会通过各种途径进入人的食物链，当进入水体的重金属被水生生物摄取并经过食物链的放大作用而在生物中成千上万倍的富积后经过食物进入人体，在某些器官中积累造成慢性中毒。如40年前在日本发生的“村庄集体发疯事件”就是由于电池的污染造成的。因为废旧电池中的锌、镉、二氧化锰等成分长期埋在地下会与土壤中的化学物质发生作用，生成锌锰酸式盐等并渗入地下，污染该地区的饮用水，造成周围居民蓄积性中毒。据专家测试，一节小小的钮扣电池就能污染60万升水，相当于一个人一生的饮水量；一节一号电池烂在地里，它的溶出物能使出1平方米的土地失去利用价值，而我国每年要消耗钮扣电池400000粒；2002年全国干电池的产量达到了近160亿节，我们有多少水源、土地供其污染呢！因此，对废旧电池无污染的处理刻不容缓。

　　二、废旧电池的回收

　　（一）国内外电池的回收状况。
　　我国作为世界上最大的电池生产国和消费国，2001年生产电池180亿只，主要有干电池、碱性锌锰电池、锌汞电池、镍镉电池、氧化银电池、氢镍电池、锂离子电池等，占世界总产量的30%。2001年消耗电池80亿只，折合约40万吨。可想而知，其污染程度是多么巨大。这么多电池排放到环境中，直接影响环境而且间接通过各种途径对人身体产生有害影响。所以，废旧电池的回收势在必行。
　　而现在收还是不收——电池行业的激烈交锋
　　针对电池回收，我国电池行业有两派观点正在激烈争论。
　　一派认为集中回收一次性电池意义不大，在没有条件处理的情况下，集中回收会造成集中污染。一些专家认为，目前回收量最大的干电池，其主要成分是铁、锌、锰，还有微量的汞。这种电池汞含量不高，没有必要集中回收。铅酸蓄电池和对人体健康危害非常大的镍镉电池应该回收。高汞电池中的汞含量只有电池总量的千分之一，随垃圾填埋后，电池里的重金属进入填埋场渗液数量非常小，并不构成污染。而回收处理废旧电池成本过高，从经济角度看无利可图，何况在回收过程中还可能产生二次污染。
　　中国电池协会有关负责人说，目前我国的一次性干电池已经基本做到低汞化，正在迈向无汞化，随垃圾分散处理不会对环境产生威胁。更应该做的是从生产龙头上消灭污染，即实现无汞化。由于回收一性电池的费用很高，没有经济杠杆刺激企业来回收利用一次性电池，事情很难办。需要回收的是那些对环境污染大的充电电池及铅酸电池。一些专家还举例说目前一些发达国家也不集中回收一次性电池。
　　环保部门有关负责人认为，既然要达到无汞化，那么对一次性电池的回收不支持也不反对。这种观点，似乎是对目前我国民间回收电池巨大热情颇有意味的嘲讽。
　　另一种观点认为，无论哪类电池，都必须坚持回收。
　　这派观点的专家认为，虽然1997年我国轻工总会、国家经贸委等九部委联合发出《关于限制电池汞含量的规定》，要求电池制造企业逐步做到降低电池汞含量，2002年达到低汞水平，2005年达到无汞化。但我国的现状是，绝大部分民用电池是一次性电池，而且电池的无汞化进程并不乐观。据调查，目前我国1000多家电池生产企业中，在中国电池协会注册的仅300多家。虽然大电池企业生产的电池目前都做到了低汞化或无汞化，但大量小企业生产的电池还存在高汞现象。河北省干电池检验站高级工程师张虎说，目前我国电池含汞量参差不齐，有的质量非常好，小于百万分之一；有的极差，高于低汞电池标准的20倍，高于无汞电池标准一万倍。
　　我们了解到，我国目前能批量生产低汞无汞的大电池厂家还不到15%。不久前国家工商局对电池的一项调查显示，我国市场上的电池有20%达不到标准。所以，用已实现电池无汞化的发达国家不回收一次性电池的经验来套我国现实，还不合国情。有关专家认为电池中不仅汞会造成污染，锌、锰、镉、铅等随生活垃圾腐烂渗入地下，超过一定的限值，也会造成污染。这些有害物质随着食物链进入人体，极大威胁着人的健康。
　　目前我国垃圾处理方式水平较低，九五期间，我国垃圾年产生量为1.4万吨，处理率为63%，但真正做到无害化处理的不到10%。我国大中城市的近千座垃圾填埋场中，90%仍是简易堆放，这种原始的处理方式极容易造成大面积污染。把废旧电池与生活垃圾一同处理后患无穷。专家认为，大量旧电池都随着垃圾到垃圾场，也是一种集中，怎么就不可能产生污染？北京市政管委会有关负责人郑先生说，把废旧电池集中起来，等有了条件再处理，这样比分散更安全。
　　从资源利用的角度上，电池回收也得到许多专家的肯定。北京科技大学的曾平荣教授说，目前国内生产的电池中90%以上是干电池，不可能对环境无污染。而且，对这些电池不回收利用也是巨大的资源浪费。3000吨废旧电池可以回收杂锌锭141吨、冶金二氧化锰300吨、铁皮260吨、电解锌181吨、电解二氧化锰340吨、铁皮500吨，价值相当于国家开发两个中型矿山的费用，更何况这些都是不可再生的一次性资源。
　　我国目前年消费电池80亿只左右，平均回收效率还不到2%，99%都随生活垃圾一起进入了垃圾填埋厂。就是这2%，已经让管理部门处于尴尬处境。 企业不愿干处理废旧电池的赔本事
　　既然许多环保部门都认为应该谁污染谁治理，那么，从法理上应该承担废旧电池处理的企业怎么想呢？
　　北京金普电池有限公司有关负责人曾经说，回收处理废旧电池，是赔本的事儿，因为技术设备都不配套，收回来不及时处理，也都烂了。而且，国家对回收处理电池也没有补贴，回收成本太高，现在是市场经济，企业怎么能干无效益的事儿？天津力神电池企业有关负责人说：“我们只卖电池，收电池不是我们的事。”大电池企业大都持以上观点，有的人甚至不知电池回收之事。
　　当大电池企业都对处理废旧电池不感兴趣时，民营的北京东华鑫馨劳务服务有限公司却建立起了我国第一个，目前也是惟一的一个废旧电池处理厂。
　　其董事长王自新有“环保狂人”之称。之所以“狂”，就是敢做别人不做之事。王自新在北京建立起了几百个废旧电池回收点，建立了废旧电池回收电话，以至于我们把电话一打到北京市环保局，人家立即就把王自新的电池回收热线电话告诉我们。王自新对我们说，为了对后人负责，他要在废旧电池的产业化上做一番事业，为此现在已经把自己的几百万财产全部投入进去。他说，只有建立废旧电池回收利用的产业链，才能把这个事业进行下去。
　　王自新说：“大量一次性电池不回收，污染环境不说，还浪费了大量资源。每节电池中含有22%的锌、26%的锰、17%的铁，如果不处理就扔了，等于每年白白把几千万吨的有用原料都扔了，这可是从几万吨矿石中提炼出来的呀！这绝对是个朝阳产业，国营企业不做的事，我们民营企业要做！”
　　王自新以前学医，深入研究过废旧电池对人体的伤害，后来改做化工企业，又研究过废电池的利用。1999年，他开始了废旧电池回收利用的事业。
　　王自新走着一条布满荆棘的道路。他的废旧电池回收企业建立在河北易县，虽然技术设备都已经到位，却迟迟开不了工，原因是当地有关部门反对。当地有关部门认为，废旧电池处理企业肯定会产生污染。尽管这个企业的排放条件完全合乎国家标准，也不让生产。王自新曾想迁址，但到哪个地方，一说是废旧电池处理企业，人家就都不让进门了。王自新无奈地说：“不知道我的家到底能落在哪儿！”不过，他没有灰心，正在努力用最新的工艺让企业达到最严格的排放标准，然后争取得到国家环保部门的认证。他说要探索一条中国独特的处理废旧电池之路。
　　有税务部门问王自新：“民营企业，没利的事能干长吗？”
　　王自新说：“我把回收处理废旧电池当成事业。”
　　他充满激情说：“我现在就是当代的唐吉诃德，举着长矛冲刺。”他所挑战的，除了复杂的社会环境，还有观念的壁垒。
　　王自新对废旧电池产业链的每一个链条，都有详细的方案，力图做到让利益机制来运转电池的回收网络。他给北京市长写信说，到2008年，北京市的废旧电池回收率要达到50%。
　　国外一些发达国家情况则相对较好。它们对失效电池的收集和处理大都制定了相当严格的法律法规。如日本规定生产商、销售商和消费者均必须交纳一定比例的回收处理费用，并联合多家公司成立了遍布全国的收集分支机构和网点，以方便废旧电池的收集，同时由政府资助建成了数个废旧电池的回收处理工厂，并享受很多优惠政策。这些措施对于废旧电池的回收都是相当有效的。
　　目前对于废旧电池的处理，西方国家也存在一些问题，他们的处理方法大多采用岩洞封存待处理或用防渗水泥固化后填海造地的方法，绝大多数尚未无害化回收。只有日、德、美、韩等少数国家开发出了较成熟的处理工艺和技术设备。如：日本Sumitomo重工发明的高温挥发和还原熔炼工艺；瑞士Batrec公司建立了较为先进的生产线，年处理能力达3千吨；此外，德国Ald公司也开发出了真空冶金的办法处理废旧电池的应用技术。而我国北京矿治研究院提出的“一步法”处理废旧干电池的方法也是十分有效的。
　　（二）废电池的回收工艺与技术。
　　由于废旧电池的种类繁多，因此对它们的处理方法也各异。目前的处理方法有单类别废旧电池综合利用技术和混合废旧电池综合利用技术，但由于混合废旧电池综合利用技术尚未成熟，所以目前废旧电池的处理技术主要为单类别废旧电池综合利用技术。它包括湿法和火法两种处理方法。
　　1湿法冶金处理方法。
　　湿法冶金回收过程的原理是基于废旧电池中的金属及其化合物溶于酸的性质，先将废旧电池溶解，溶液经净化后电解生成锌、二氧化锰或生产其它化工产品（如：立德粉、氧化锌等）。其优点是设备投资少、操作费用低；缺点是产品纯度低、工艺流程长、可能会产生二次污染等。荷兰、德国等使用此法处理废旧电池。
　　2火法冶金处理过程。
　　火法冶金处理废干电池的原理是将废干电池破碎后在高温下将其中的金属及化合物氧化、还原、分解、挥发和冷凝的过程。火法又包括常压和真空两种方法常压冶金法所有作业均在大气中进行，而真空法则是在密闭的真空环境下进行。多数学者认为，真空法冶金是处理废电池的最佳方法，尤其对汞的处理回收最为有效。其优点是过程中不引进新的杂质、再生产品纯度较高、处汞效果较好等；缺点是耗能大、设备费用高等。目前，瑞士、日本、美国等国家采用此法处理废旧电池。
　　目前，传统的处理废电池的方法一是在较低的温度下加热废电池，先使汞挥发，然后在较高的温度下回收少量烯和其他金属。二是将废旧电池在高温下培烧，使其中易挥发的金属及其氧化物挥发，残留物作为冶金中间产物或另行处理。
　　由于常压冶金在空气中作业有污染重，流程长，高消耗和成本高等缺点。人们又研究出了真空法。真空法是基于组成废旧电池各组分在同一温度下不同的蒸汽压，通过在真空中蒸发与冷凝，使其分别在不同的温度下相互分离，从而实现综合回收利用。其处理过程为：蒸汽压高的组分进入蒸汽，蒸汽压低的组分则留在残液或残渣内；冷凝时蒸汽在温度较低处凝结为液体或固体。真空法的流程短，污染小，回收利用率高，具有较大的优越性，值得广泛地推广。
　　（三）我国废电池的管理现状。
　　针对废电池带来的一系列危害，我国颁布了《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》。其中规定：对于危险废物应遵循分类管理，收集、储存、转移和处置等重点环节重点控制，集中处置的原则进行管理,但此法没有专门对电池管理作具体的规定。废电池的管理工作的具体开展还缺乏可操作的具体管理规定及实施细则。
　　在电池行业管理中。1997年12月31日，中国轻工总会、国家经济贸易委员会等九部委联合发出《关于限制电池汞含量的规定》，要求自2000年1月1日起，禁止在国内生产各种汞含量大于0.025%的电池（实行电池低汞化），自2001年1月1日起，禁止在国内销售各种汞含量大于0.025%的电池，同时，进入市场销售的国内外电池产品均需标明汞含量。自2005年1月1日起，禁止在国内生产汞含量大于0.0001%的碱性锌锰电池（实行电池无汞化），自2006年1月1日起，禁止在国内销售汞含量大于0.0001%的碱性锌锰电池。在此文件中具体对各种类电池中的汞含量、具体控制办法、办法的监督执行等事项均作了较为详细的规定。但此法规对于其他类别废电池中的有害物质，如：镉、铅等还没有具体规定。
　　在废电池生产，回收利用与环境无害化处置管理过程中，由于人们对于环境保护的有关知识缺乏了解，对废电池会对环境造成的危害认识不足，管理体系尚未健全，使得管理过程中遇到许多问题。我国废电池管理中存在的问题主要包括：
　　1电池的生产者、使用者没有很好地履行在电池管理中的义务。
　　2缺乏具体的管理法规。
　　3管理体系不健全。
　　4缺乏合理可行的管理运行机制。
　　5缺乏先进的废旧电池再生利用，处理处置技术。
　　6公众缺乏对废旧电池管理知识的正确了解。
　　这些问题在今后的经济发展和环保方面急需有关部门来解决。
　　（四）废旧电池回收中存在的问题
　　我国废旧电池在回收过程中还存在着诸多问题：
　　1由于公众对废旧电池的危害还缺乏足够的了解，大多数公众对废旧电池的处理方式为同生活垃圾一起丢弃，绝大部分废旧电池未实现回收。
　　2由于我国没有建成完整的废旧电池回收网点，有些公众想把废旧电池交回电池回收站，可是却找不到一个电池回收站，迫于无奈只能将其丢弃。
　　3由于我国没有对电池生产销售征收环境税，废旧电池回收、处理资金来源不足，严重的影响废旧电池的回收。
　　4以前主要以锌锰电池为主的处理问题变成多种废旧电池共存，而现有的回收处理方法是建立在对电池分类的基础上的，所以我们要改进现有的废旧电池处理工艺及设备。
　　（五）关于废旧电池回收的建议
　　鉴于以上分析，结合实际情况，我们提出以下建议:
　　1加强环境保护的宣传与教育，以便提高全民环境保护意识。
　　2建立完整的电池回收、处理体系，使人们能方便的把废旧电池交到回收站。
　　3对于毒性较大的铅蓄电池、含汞电池、镍镉电池等必须标有相应的再生利用标志。
　　4强制淘汰部分厂家落后的电池生产工艺及其产品。
　　5鼓励开展再生利用技术研究。对废旧电池再生利用技术的研究与开发，在政策及经济应有所倾向，以确保再生利用技术的经济技术指标及工艺水平达到国际先进水平，实现废旧电池有价成分的综合回收和无二次污染。
　　6对电池生产商、销售商、进口商以及消费者等环节采取买新交旧、收取处理费和环境税等方法筹集资金，建立完整的废旧电池回收、处理体系，以确保废旧电池能够完全回收并得到妥善的处理。

　　三、关于废旧电池的调查报告

　　（一）本调查的主要目的
　　1了解消费者使用电池的主要类型、数量、以及使用后废旧电池的处理方式。
　　2了解消费者对目前市场所销售电池的建议与意见。
　　3了解公众对废旧电池污染环境的认识程度。
　　4加强环境保护宣传，提高全民的环境保护意识及资源危机意识。
　　（二）本调查的主要对象
　　1山东农业大学部分学生
　　2泰安市部分市民
　　（三）本调查问卷的设计方案
　　本调查问卷共分4个方面10个问题。由于各种类型废旧电池所含主要危害成分及其对环境的危害程度不同，因此本调查问卷的第一个方面（包括问题1～4）主要是为了了解目前消费者使用电池的主要类型。由于本调查对象众多，每个人的文化层次及知识结构不同，因此本调查问卷中的问题3～4主要是为了对问题1～2的补充。南孚电池、双鹿电池、白象电池等主要为碱性电池，大公电池、牡丹电池、中华电池等主要为酸性电池。价格在1元以内的主要为酸性电池、在1元至2.5元的主要为有汞碱性电池、在3元至5元的主要为无汞碱性电池、价格在5元以上的主要为可充电电池。
　　目前市场上销售的电池在消费者心目中必然存在着某些方面的不足，这也就决定了未来电池的发展方向，因此本调查问卷的第二个方面（包括问题5～6）主要是为了了解消费者对目前市场销售的电池的不满。由于目前世界性的资源问题、能源问题、污染问题正阻碍着社会的发展与进步，因此加强环境保护及合理利用资源与能源的宣传迫在眉睫。本调查问卷的第三个方面（包括问题7～8）的主要目的是为了了解普通公众对废旧电池污染的认识及对废旧电池污染环境加以宣传。据有关资料表明，目前中国每年产生的废旧电池总量大约为80～90亿只，平均每人每年产生7只废旧电池，本调查问卷的第四个方面（包括问题9～10）主要是为了了解本调查范围内每人每月产生的废旧电池量以及其对废旧电池的主要处理方式。
　　（四）本调查问卷的调查结果
　　通过我们一周时间对西北大学部分学生及西安市部分市民的调查结果如下：（本调查过程中共发放调查问卷600份，收回有效问卷504份）
　　略
　　（五）问卷调查结果的讨论
　　由于本调查的范围有限，所以其中的某些结果可能与总体情况略有出入，但是本调查必定反映了总体中一个地区的情况，因此还是有一定的参考价值。本调查从某种程度上反映了我国电池的消费量使用后对其处理方式以及存在的问题。
　　（六）调查问卷的结论
　　由以上调查问卷结果我们可以得到如下结论：
　　1目前消费者使用的电池主要为一次性碱性电池。这种电池的各方面性能优于一次性酸性电池，但是由于无汞碱性电池的生产工艺尚不成熟及其造价要高于有汞碱性电池，因此目前市场上销售的碱性电池主要为有汞碱性电池,所以废旧电池如果同生活垃圾一同掩埋、焚烧、堆肥等仍然会对环境造成严重的污染。另外，由于碱性电池的外壳是由钢制成，因此废旧电池同生活垃圾一同处理更是对资源的严重浪费。
　　2由问卷的调查结果我们看到消费者对目前市场上销售的电池仍然存在着很多的不满，比如电池的质量太差、不够环保、价格太高等。因此电池生产厂家及科研单位必须加强对电池生产工艺的研究，以便能尽快生产出高质量、低污染、低造价的新型环保电池。
　　3由问卷的调查结果我们还可以发现，目前绝大部分公众对废旧电池若不妥善处理会污染环境已有一定的了解，但是缺乏更近一步的认识及实际行动，因此我们要加强环境保护的宣传与教育，以便提高全民的环保意识及资源危机意识。
　　4由问卷的调查结果我们还可以发现，目前消费者每月使用的电池为两节左右，而绝大部分消费者对废旧电池处理方式为随生活垃圾一起丢弃，这样不仅会对环境造成严重的危害更是对资源的严重浪费。据有关资料表明，如果全国废旧电池全部得以回收利用，每年就可以回收1万吨锌、18～20万吨二氧化锰、2～2.5万吨铜，这是多么大的一笔财富呀！
　　（七）调查过程中发现的问题
　　目前，我国部分消费者已具有一定的环保意识及资源危机意识，认识到废旧电池同生活垃圾一同丢弃不仅污染环境还是对资源的严重浪费。可是我们在调查过程中了解到，有些消费者把用完的电池收集在一起，并且有的收集了很多，可是苦于找不到废旧电池回收站，最终迫于无奈只能将辛辛苦苦积累下的废旧电池随生活垃圾一起丢了。另外，我们在《中国资源综合利用》中了解到北京某废旧电池处理厂却因原料供应不足而被迫破产。由此可见我国在废旧电池回收管理中存在很大的问题。望能引起有关部门的重视使问题得以解决。
　　四结束语
　　我国作为世界上最大的电池生产国和消费国，废旧电池的收集和处理还存在很多问题有待于解决。虽然2003年五部委发布了《废旧电池污染防治技术政策》，但是政策还有待于落实，公众的环保意识还有待于加强。另外，废旧电池的处理工艺及设备也有待于改进

《Nano Energy》：首次报道一种新型Na-CO2电池

Na-CO2电池以二氧化碳为正极气体，可为人类 探索 火星提供可靠的能量补充(96%火星大气为CO2)。Na-CO2电池的开放体系导致易燃液态电解质易挥发。为了解决这一问题，可在Na-CO2电池中引入了凝胶和固体聚合物电解质。然而， Na枝晶生长又给力学性能较差的凝胶和聚合物电解质带来严峻挑战 。此外，金属钠负极与聚合物或凝胶电解质之间的界面寄生反应降低了循环寿命。因此，开发较好机械稳定性和电化学稳定性的无机固态电解质迫在眉睫。

Na3Zr2Si2PO12(NZSP)是一种具有Na超离子导体(NASICON)结构的、对CO2稳定的、最有前途的无机固态电解质。然而，固态Na-CO2电池受到正极缓慢动力学的限制。固态Na-CO2电池的理想正极应有利于电子、Na离子和CO2气体的导电。然而，多孔正极和NZSP之间的点对点接触阻碍了离子扩散，导致电池失效。此外，金属钠的高反应性总是导致界面寄生反应，最终导致电池失效。

来自台湾大学Ru-Shi Liu教授，台湾师范大学Shu-Fen Hu教授，中科院金属研究所尹利长教授 首次利用在正极上的塑性晶体界面和在负极上的动态稳定界面制备了以NZSP为电解质的固态Na-CO2电池 。相关论文以题为“Na-CO2 battery with NASICON-structured solid-state electrolyte”发表在Nano Energy。

论文链接：

在本文所提出的固态Na-CO2电池中，钌纳米颗粒修饰多壁碳纳米管(CNTs)作为催化正极。在正极中，多孔相互接触碳纳米管形成了气体通道，促进了CO2的扩散。此外，碳纳米管上的sp2型碳改善了催化剂的电导率，从而使反应动力学得到了改善。配位数降低的金属钌纳米粒子对改善CO2还原反应(CO2RR)和CO2析出反应(CO2ER)的反应动力学有重要作用。原位制备的丁二腈基(SN)塑料晶体界面使Ru/CNT与NZSP发生了密切接触，从而降低了界面电荷转移电阻。在负极侧，通过X射线光电子能谱(XPS)、X射线吸收能谱(XAS)、傅里叶变换红外能谱(FT-IR)和密度泛函理论(DFT)的共同作用，揭示了动态稳定的界面相。动态稳定的界面相保护了NZSP不受连续的界面寄生反应的影响，从而使其具有出色的循环性能。在100 mA/g的电流下，所提出的固态Na-CO2电池的完全放电容量为28830 mA h/g。此外，在容量为500 mA h/g时，固态Na-CO2电池稳定循环50次以上，在100 mA/g时的电势间隙为1.4 V。

图1. 摘要图

图2. (a)多孔正极与NZSP之间的点对点接触示意图，它阻碍了离子在正极中的扩散。(b)SN润湿多孔正极表面，促进离子扩散。(c) Rietveld精修NZSP的XRD图谱。(d)具有NASICON结构的NZSP模型图。(绿色的ZrO6多面体，灰色的Si(P)多面体，蓝色的Na1原子，粉红色的Na2原子，黄色的Na3原子)(e) NZSP晶粒的表面SEM。(f) 25 时Au|NZSP|Au的Nyquist图

图3.(a) Ru/CNT复合正极的TEM图。(b) Ru/CNT正极、CNT粉末、hcp-Ru标准XRD图。(c) Ru/CNT和Ru箔的x射线吸收近边结构(XANES)光谱。(d)Ru/CNT和Ru箔的傅里叶变换(FT) k3加权EXAFS实验信号的R-空间和最佳拟合曲线。(e) SN与7.5 wt% NaClO4、纯SN和NaClO4的XRD图。(f) SN和NaClO4 (7.5% wt%)在50 和25 下的照片

图4. (a)块体NZSP的态密度。(b)三个低指数表面，即NZSP的(001)、(100)和(101)和bcc块体Na的费米能级的波段校准图。(c) Zr 3d信号的XPS。(d) P 2p信号的XPS。(e) Si 2p信号的XPS。(f) 原始NZSP和循环后NZSP P的X射线吸收近边结构光谱。

图5. (a)固态Na-CO2电池点亮红色LED。(b)固态Na-CO2电池完全放电图。固态电池在不同电流密度下的充放电曲线:(c) 50 mA/g， (e) 100 mA/g， (g) 200 mA/g。当固态电池在不同电流密度(d) 50 mA/g， (f) 100 mA/g， (h) 200 mA/g下工作时，循环过程中电势间隙演变图。

总的来说，本文采用NASICON结构的NZSP、金属钠负极和带SN界面的Ru/CNT正极制备固态Na-CO2电池。NZSP的高导电性(0.8 mS/cm)促进了电池的室温应用。在正极侧，SN在正极中起着重要的离子导体作用。没有SN，固态Na-CO2电池无法工作。此外，Ru/CNT正极表现出良好的催化活性，在SN的帮助下，电池完全放电容量为28830 mA h/g。在负极侧，通过XPS、XAS、FT-IR、EIS和DFT计算证实动态稳定的界面。具有电子绝缘性能的动态稳定界面相抑制了连续界面反应。得益于三导电正极和负极的稳定性，固态电池在室温下表现出良好的电化学性能。然而，由于二氧化碳气体穿梭腐蚀了金属钠，电池最终失效。迄今为止，贵金属催化剂制备的固体Na-CO2电池的高成本限制了其实际应用。在未来的研究中，需要研究性价比高的催化剂和固态电解质，以降低体系的高成本。（文：笃行天下）

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谁能给我一篇“延长手机电池使用寿命的方法”的论文

怎么延长手机电池的使用寿命？

1．锂电池日常使用保护事项由于没有记忆效应，所以锂离子电池可以随时充电，对寿命的影响有限。这里有个电池循环寿命的概念，电池经过N次充放电后，容量下降到70％，N为循环寿命。国标规定寿命不得小于300次，实际容量降到70％电池还是可以用的。而且循环寿命是指全充全放次数，部分充放电可理解为几分之一次寿命。

2．充满后继续充电的坏处
充满后继续充电对电池伤害很大。电池内保护电路是针对电池安全性的保护，对未达到危险界限的轻微过压、过流、长时间充电引起的过充完全不起作用。满后继续充电，电池内部将产生副反应，活性物质减少，垃圾物质增多，容量下降，内阻增大，严重过充直接破坏电池结构，导致电池报废。最好能养成习惯：白天到单位、晚上到家，开始充电，充满或睡觉前拔掉电源，特别要避免深夜充电(电网电压偏高)。

3．电池安全性
就目前而言，手机电池主要为LION电池(锂离子电池)，包裹液态锂离子电池LIB、聚合物锂离子电池LPB。首先聚合物电池是安全电池，由于没有坚硬的金属外壳封包，所以即便发生异常情况，都不会爆炸。可能爆炸的是主要是金属封包的液态锂离子电池。一般来说，只要符合国家标准，具有国家生产许可的正规厂家的产品，都不会发生爆炸。理由如下：①符合国家标准的电池，均要求采用双管以上(过压、过流、欠压等)全保护电路及安全电芯。电池电极即便短路也会被保护电路自动断开，输出电压为零，不会爆炸。②即便把保护电路去掉，也就是即便保护电路失效，直接短路电芯，符合国家标准的正规电池，都是铝壳安全电芯，短路、穿刺引起的激烈释气反应导致电池内部压力提高到一定程度，排气阀门打开排气，也就不会爆炸。③就算排气阀也失效了，柔软的铝壳也会因内部压力鼓胀，达到一定程度出现破裂口、发生泻气，也就不会发生爆炸。

4．新电池说明
新的锂离子电池都是有电的：锂离子电池要求半荷电以上状态运输及存储，电压过低会影响其活性、甚至引起保护电路关闭输出导致无法充电。如果收到的锂离子电池电量很低甚至没电，则说明电池存放时间较长或自放电过大。

新电池中的电在工厂用高倍率电流充进，极化严重，电能效果不好，所以锂离子电池的头三次应在手机用到自然关机(关机后勿反复强行开机，可能会引发手机或电池保护，切断输出无法充电)，然后用手机接原配直充或原厂智能座充充电(建议勿用非原厂普通座充)，充满后保持充电大约1-2小时。

锂电池和镍电池的充放电特性有非常大的区别，所有正式技术资料都强调过充和过放电会对锂电池、特别是液体 锂离子电池造成巨大的伤害。因而充电最好按照标准时间和标准方法充电，特别是不要进行超过12个小时的超长充电。通常，手机说明书上介绍的充电方法，就是适合该手机的标准充电方法。事实上，浅放浅充对于锂电更有益处，只有在产品的电源模块为锂电做校准时，才有深放深充的必要。所以，使用锂电供电的产品不必拘泥于过程，一切以方便为先，随时充电，不必担心影响寿命

另外，少数的比如诺基亚官方在产品说明书上公布要求前三次电池充电12-14小时，确实如官方所说此类充电时可行，不过可以尝试看，新电池充电5小时与12小时无多大差异，并且切记不可养成每次充电超过10小时的情况，对锂电池来说是很大的损害。

锂电池失效原因及解决方法

　　1、容量衰减：离子电池的容量衰减主要分可逆容量衰减和不可逆容量衰减两类。可逆容量衰减可以通过调整电池充放电制度和改善电池使用环境等措施使损失的容量恢复；而不可逆容量衰减是电池内部发生不可逆的改变产生了不可恢复的容量损失。电池容量衰减失效的根源在于材料的失效，同时与电池制造工艺、电池使用环境等客观因素有紧密联系。从材料角度看，造成失效的原因主要有正极材料的结构失效、负极表面SEI过渡生长、电解液分解与变质、集流体腐蚀、体系微量杂质等。

　　2、内阻增大：锂离子电池的内阻与电池体系内部电子传输和离子传输过程有关，主要分为欧姆电阻和极化内阻，其中极化内阻主要由电化学极化导致，存在电化学极化和浓差极化两种。导致锂离子电池内阻增大的主要因素分为电池关键材料和电池使用环境。中国科学技术大学阙永春等利用同步辐射技术提出过渡元素的跳跃机理是电势滞后和电压衰减的原因:说明了在电池体系内部，关键材料的异常是内阻增大和电池极化的根本影响因素。

　　3、内短路：短路的表现可分为：铜/铝集流体之间的短路；隔膜失效失去电子绝缘性或空隙变大使正、负极微接触，出现局部发热严重，再进一步充放电过程中，可能向四周扩散，形成热失控；正极浆料中过渡金属杂质未去除干净，刺穿隔膜、或促使负极锂枝晶生成导致内短路；锂枝晶导致内短路的发生。此外，在电池设计制造或电池组组装过程上，不合理的设计和局部压力过大也会导致内短路。例如由韩国媒体SBS报道SamsungNote7起火爆炸原因中指出内部挤压导致的正、负极接触导致内短路，进而引起电池的热失控。电池过充和过放的诱导下，也会出现内短路，主要是由于其中集流体腐蚀，在电极表面出现沉积现象，严重的情况会通过隔膜连通正负极。