图片来源:伤风/狐蝠式战斗机
不断增长的全球人口,发展中国家快速工业化和增加了政府和行业减少碳排放的压力应对气候变化使能源行业前所未有的压力。
转换的方式,我们生产、运输和储存能量需要是否满足这些要求。这种转变的核心是研究材料为下一代设备绿色能源系统和环境监测。
在这篇文章中电池和燃料电池技术的发展和分析化学的作用将讨论这类设备的发展。这些设备对环境的影响和技术来监控他们的影响也将探索,将未来的能源在数字时代。
能源和存储
可再生能源日益增长的需求,先进的便携式电子设备、电动汽车需要创新的材料解决方案,分析化学中起着重要的作用。燃料电池和充电电池的进步将帮助开启一个新时代的能量储存和保护补充间歇性可再生能源如太阳能和风能和通过提供更快的充电,高容量电池的电动汽车。
燃料电池和电池产生的能量通过原子的氧化和后续的电子和离子分别通过外部电路和电解质;但是,与电池,燃料电池需要一个持续的燃料供应,通常一个氢或氢的物质。
电池和燃料电池发挥核心作用在绿色交通、移动电子、能量管理系统和质量能量储存。目前的研究集中在改善性能,安全,能源存储设备的成本。
新材料在商业实现设备详细了解他们的潜在的化学和结构是必需的。先进的表征技术如x射线衍射(XRD)、x光吸收光谱(xa)和隧穿电子显微镜(TEM)能帮助揭示重要的属性,如降解机制,可能会影响电池的性能。
电池技术的进步
与他们的轻量级、高能量密度、低自放电率、rechargeability,锂离子电池(锂)已经成为今天所使用的主要能源存储技术。
当前锂离子电池研究集中在可能的新电极材料、电解液成分和理解树突形成改善新锂离子的能力和安全设备。先进的表征方法必要阐明新型电池材料或配置的行为,在操作条件下的理想。
核磁共振光谱法就是这样一种方法,提供一种手段来描述局部结构通过检测电磁信号特征的结合常数和振荡磁场,即使在高度无序,高活性系统,如在锂离子电解质。
MRI是一种无损成像技术,运行同样的原则作为核磁共振光谱学但不同通过时间分辨测量,提供有价值的特殊信息补充NMR推断。
担心会出现随着锂离子电池的成本需要大规模储能加剧。钠一直倡导作为一个可能的解决方案由于其低成本,在地球上丰富和类似的电化学锂的机制。钠(Na-ion)电池配置锂同行一样,但sodium-containing矿物作为阴极。锂离子之间的相似之处和Na-ion电池意味着他们的制造过程也相似,完全适应生产Na-ion设备。
能源对环境的影响
我们的人口增长,社会的持续的工业化和城市化,是给我们的地球越来越紧张。环境的变化是由等人为问题引起的污染,全球变暖,人口过剩,废物处理,和森林砍伐,所有这些都在很大程度上是自然资源的不可持续消费的产品。
我们对锂离子技术的依赖并不是没有付出代价的环境。越来越多的电池浪费问题在世界范围内导致许多地区,如欧盟、加利福尼亚和纽约,禁止充电电池的处理垃圾填埋场,迫使其他废物管理的发展策略。然而,从锂锂离子电池并不是唯一的污染元素渗透我们的土壤、空气和水。
外国化学物种进入水生生态系统的引入可以损害生态系统和公共卫生。水化学分析是至关重要的,当重新引入环境后一个工业过程或用于饮用,以确保不会有伤害人或生态系统。常用的方法用于识别自然元素和化学物种在水中是气相色谱和质谱法。
展望未来
人类社会的进步,新的社会要求来,驱动器在分析化学发展和创新。分析科学越来越要求提供问题解决方案如意想不到的环境污染事件和新出现的,不受监管的污染物和正在审查中从未经历过的领域由于增加现代社会的连通性。新的分析方法和仪器的发展应对这样的问题都集中在区域包括小型化、自动化、降低成本和可持续性。
结论
随着世界人口的增长,人类活动对环境的影响加剧,要求绿色能源解决方案和新的环境监测技术。
分析化学上的要求社区不会减少努力减少我们对环境的影响进步但将继续改变作为新能源的需要产生和监控解决方案。新材料的发展和表征仪器将在未来几十年里必不可少的政府和行业继续解决气候变化问题。