前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的電池回收前景主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
近日,日本福井大學和一化工企業聯合宣布,已經共同研發成功一種可從液體中高效率回收稀有金屬的纖維制品,液體的來源可以是工廠排出的廢水或者海水。而且,該纖維制品的最大優勢是可以有選擇地吸收所需收集的金屬,回收量是傳統工藝的10倍以上!
據悉,該技術使用的是一種叫做“乙烯醇共聚物(EVAL)”纖維制造的無紡布,厚度僅僅數毫米,采用特殊工藝讓這種布接受電子射線照射后,就變得極易吸收水中的金屬離子,再經過特殊的配比,就能達到選擇性吸收和高效率吸收的目的。
上文所說的稀有金屬,其實就是稀土。稀土一詞是歷史遺留名稱,18世紀末被發現,當時習慣把不溶于水的固體氧化物統稱為土。
稀土在高科技制造中必不可少,但產量極為稀少,提取工藝復雜,因而價格昂貴。日本和美國是稀土的主要使用國,而中國是稀土出口的第一大國,儲量豐富,堪稱最重要的戰略資源。因此,日本掌握了稀土的循環再利用技術,對世界稀土能源格局的影響極大。
0.3毫米厚度電池
技術
人們總是希望手機越來越薄,待機時間越來越長,而現有的鋰電池顯然難以勝任,好在還有有機游離基電池。
有機游離基電池比鋰電池更輕、更薄、更柔軟,而且輸出功率高,能夠快速充電。NEC展示的成品,厚度僅0.3毫米,可以用手彎曲,真是輕薄如紙。
現在一般的IC卡厚度為0.76毫米,此前研制的世界最薄電池厚度也達0.7毫米,要大規模商用在IC卡上幾無可能。
這次,NEC創造性地印刷出0.05毫米的聚合物負極電路薄膜,然后直接在薄膜上敷設絕緣層和游離基聚合物正極層等,才一舉突破0.3毫米電池大關。
在測試中,游離基電池的實用性能出色,充放電500次以后,還能保持75%的電量。一片邊長3厘米的正方形薄片,可儲電3mAh,輸出功率5kW/L,單次充電可刷新2000次LCD畫面、閃光燈發光360次或發送定位信息35次。
[關鍵詞]智能分類;垃圾箱;紅外感應;客戶端瀏覽;數據收集
[DOI]10.13939/ki.zgsc.2017.02.182
1 引 言
我們生活中每天都會扔出許多生活垃圾,目前城市中對生活垃圾多采用填埋、焚燒、堆肥等方法處理。垃圾填埋的費用很高,處理1噸垃圾的費用為200元至300元。另外,還存在著占用土地資源,污染空氣、地表水和地下水等諸多問題。
目前市場上垃圾分類技術相對欠缺,應用不足,造成大量可利用資源浪費。為了實現對垃圾的初步分類,從而有效地利用垃圾資源,同時又滿足節能環保等要求,我們設計了一款新型的智能分類垃圾箱,以滿足大眾的要求。
2 市場前景
目前市面上銷售的帶蓋垃圾箱,開蓋時均需采用手動或腳踩方式實現,這種開蓋方式主要的缺點是既不衛生又不方便。市場上也有部分智能垃圾箱出售,但開發及使用的程度并不高,主要以自動感應翻蓋為主,而且不能主動對垃圾進行分類、沒有垃圾滿箱提示等智能化功能,因此我們研發了智能分類垃圾箱,該產品能夠對垃圾智能分類,提升垃圾的回收率,減少對環境污染,同時,該產品還可利用互聯網采集數據,通過數據收集,計算出各區域消費者人群消費檔次及消費傾向,并把該數據賣給商品供應商,供應商即可根據該數據將對應區域消費者群體所需求的商品及時銷售給消費人群,省卻中間時間與金錢的消耗,提供給人們更加便利的生活,迎合數據時代的需求。智能分類垃圾箱既滿足家庭、社區的垃圾收集處理需求,又能結合國家節能環保的需求,具有很大的市場開發前景,一經推廣,必將獲得良好的經濟效益。
3 智能分類垃圾箱的設計與研發
3.1 產品構造
該產品桶體上側設置有開口,開口上設置有桶蓋,其結構要點是:所述開口設置在桶體上側中部,所述桶蓋的一端通過轉軸設置在開口一側的桶體上,桶蓋的另一端搭在開口另一側的桶體上,與桶蓋活動一側相應地在開口側方的桶體上設置有輕觸開關:桶體底部設置有兩個隔板,所述隔板高度的2/3,桶體內部上方的一側設置有蓄電池和吹風機,吹風機的風扇設置在開口下部側方,蓄電池的下方設置有磁鐵,磁鐵與蓄電池之間設置有擋板;桶體內部上方的另一側設置有智能芯片和紅外感應裝置,桶蓋上安裝有發聲裝置,在桶體上方設置有太陽能電池板。太陽能電池板與蓄電池相連,蓄電池分別給智能芯片、紅外感應裝置、發聲裝置、吹風機供電;紅外感應裝置的輸出端連接智能芯片,智能芯片的輸出端連接發聲裝置(見下圖)。
3.2 具體設計與研發方案
從垃圾箱的結構和功能出發,主要從垃圾箱的外觀、智能分類回收、惡氣臭味處理,以及語音提示、自動檢測等方面進行多功能的垃圾箱設計,力求其不僅滿足收集垃圾的功能,同時還能夠自動分類、消除異味、語音報警、GPS定位等功能。
3.2.1 初步分類垃圾
當物體從上口進入時,感應器發出信號,內部開始運轉,物體先掉落在傳送帶上進行緩沖,然后隨著傳送帶的移動落入桶口,風扇會將輕小的物品(如紙張、塑料)吹至最右側的桶中。磁鐵可吸引金屬由于磁力作用被吸引落入最左側的桶中,其余既無法被磁鐵吸引,又無法被風扇吹走的物品垂直落入中間的垃圾桶中,且各垃圾桶間有擋板進行隔離。
3.2.2 內部設計
將垃圾箱設置成3個子桶,其中兩個為可回收桶,涂成綠色,并在顯著位置標記可回收標志和字樣;另一個為不可回收桶,涂成紅色,標記不可回收標志和字樣,在垃圾桶的側壁處可掛置小的廢舊電池回收箱。
3.2.3 節能環保
設置太陽能電池板,可自主地收集能源進行運作,每天可節約0.87度電,每月可節約18.27元的電費(按工廠電價每度0.7元計算)。
3.2.4 自動檢測提示
在垃圾箱的集成電路上安裝智能芯片,當垃圾快要收滿時,垃圾箱會發出電波到管理者的手機上提示。并且當設備出現故障時,非處理人員進行移動會發出信號,通過O2O將它的位置傳達給我們的服務站,從而使服務站人員更加及時地進行維護、搜尋。
3.2.5 自動報警
通過GPS定位,當非工作人員移動垃圾箱時,發聲器會發出警告,并且將信號和位置發送給我們的服務站與工作人員。
3.2.6 手機提示
垃圾箱發出的信號會通過工作人員的手機進行接收提示,方便操作。
3.2.7 物聯網通知
垃圾箱內置傳感器和物聯網模塊,當垃圾筒內垃圾即將填滿時會自動連接物聯網,通過網站可以實時反映出環保箱狀態,并推送信息至相關工作人員客戶端,提醒及時回收垃圾。
3.2.8 客戶端瀏覽
配有專屬的IOS、Android客戶端,可以隨時隨地了解區域內智能分類況,瀏覽方式分為列表模式、地圖模式、通知模式,直觀明了。
3.2.9 中央處理裝置
中央處理裝置連接風扇、電磁鐵、傳送帶、監測裝置、紅外感應器、GPS、桶蓋控制開關、路由器、(IOS、Android)客戶端、報警器、計時器等。用于信號的接收、處理和發送,作為信息交流的樞紐。
3.2.10 在線瀏覽
智能分類垃圾箱配有專屬的管理平臺,管理人員可以通過PC隨時隨地訪問平臺,了解智能垃圾筒及工作人員狀況。
3.2.11 線路規劃
需回收垃圾時,在Android、IOS客戶端中,系統會通過云計算,顯示出最優的清理回收路徑,使垃圾回收更高效。
3.2.12 人員/系統管理
垃圾箱屬管理系統,可以為客戶提供多項便利的辦公服務,如位置簽到、報表統計、人員調度、現場圖片上傳、通知信息群發等。
3.2.13 數據共享
能夠通過高度感應器對垃圾箱內垃圾每天達到上限高度的次數進行統計,從而了解產品覆蓋區內,人們生活質量、消費水平和人流高峰期。可將收集的數據賣給其他需要的公司,該公司通過數據的處理后可在需要時候將產品帶入宣傳,節省了調查的人力、物力和時間,解決囤貨等問題。
3.2.14 垃圾壓縮
可將垃圾壓縮至1/5體積,其容量可達普通環保箱的5~10倍。原來清潔人員每天收集一次垃圾,如今只要每周收集1~2次。有效提高垃圾運載率、降低垃圾轉運頻率、節省垃圾運輸費用、改善交通擁擠狀況和消除清運中的二次污染等。
4 結 論
智能分類垃圾箱可以篩選不同材料的垃圾,然后進一步分類,篩選出利用性比較大的物品,從而變廢為寶,支持節能的發展,促進國民經濟的健康發展,增強國家綜合實力。隨著市場的不斷延伸,智能化家居的不斷發展,以及人們對高品質生活的向往,智能化家居將成為未來的主要家居模式,人們也必將緊跟時代的潮流,智能化家居在市場上將獨占鰲頭。
參考文獻:
【關鍵詞】自動化程度高 多地形作業 低耗能
近年來,隨著國家對新能源的大力開發及應用,太陽能光伏發電產業迅速發展。隨之而來對太陽能電池板的清洗就成了一大難題,解決太陽能電池板的清潔問題日益迫切。于是 “太陽能電池板清潔機器人”應運而生,其主要解決在平地、山地、沙漠等地形下太陽能電池板的清潔問題。根據統計,太陽能電池板在沒有及時清洗的情況下,由于表面灰塵的積累導致發電量降低7%-35%,從而降低整個發電廠的經濟效益;采區手動清理會消耗大量人力、物力、財力和時間。此款機器人具有成本造價低、續航時間長,可以大幅度解放勞動力、減少企業開支、增加發電量、提高光伏電廠的經濟效益等優點。
1 發展背景
在節能環保政策的驅動下,新能源的研發及相關產業迅速崛起。在這一背景下,大同市不止在加快推進煤電一體化項目,還抓住國家能源局批復的大同市采煤沉陷區國家先進技術光伏示范基地的機會,大力推動光伏發電、風力發電和生物質能、抽水蓄能電站等能源項目建設。靈丘縣生態治理的100萬千瓦光伏項目,渾源、天鎮光伏扶貧項目正加速推進。天鎮光伏、晉能陽高項目,阿特斯陽高常規光伏項目進程不斷加速。預計至2020年,全市的光伏產業扶貧、常規光伏項目總裝機容量可以增加到300萬千瓦。因為太陽能電池板受到環境的影響致使清潔度下降,發電率降低7%―35%,但目前國內市場并沒有適用于清潔太陽能電池板的清洗機器人。針對這一現狀,項目組研發了一款專門用于清潔太陽能電池板的智能機器人,此款機器人可用于平地、山地和沙漠等地域。
2 產品介紹
2.1 模型圖(如圖1)
2.2 車體基本情況
如表1。
2.3 一臺樣機所需成本
如表2。
3 研究計劃
(1)進一步制定詳盡的研究工作計劃和課題實施方案;對已建立的數學模型進行分析其運動學和動力學特性;
(2)第一階段仿真實驗,機器人的感覺運動系統設計,信號傳輸系統的基于無線基站器件的物理實驗;
(3)第二階段機器人原理樣機的研制,物理機器人測試,機器人的感覺運動系統設計的完善;
(4)第三階段信號傳輸系統的基于無線基站器件的物理實現,機器人改進樣機的研制。
4 市場
4.1 市場需求規模。
大同市規劃從2015-2017年,在三年的時間于左縣區新榮區和南郊區的十三個鄉鎮,1687.8平方公里采煤沉陷區范圍內,建成3000000千瓦光伏發電項目。而對這些太陽能電池板的清潔就成了一個大難題,如果是依靠人工白天作業不僅會影響發電效率還會浪費水,而且人工費也是一筆不小的開銷。目前國內還沒有成熟的清潔太陽能電池板的機器人,僅僅對于大同市而言太陽能電池板清潔機器人市場前景就不小。按照每平方千米2臺機器人,那么大同市的需求量就是3376臺,由此可見太陽能電池板清潔機器人的市場需求規模很大。
4.2 未來的發展趨勢
近年來,我國西部地區大力發展光伏發電,但是隨著集中式光伏電站的大規模建設,一些問題已經有所顯現。部分地區用電量低,已經無法完全消納這些電量,并且受到電力系統接納能力限制,發電廠的大規模發展也因此受限。因此,國家鼓勵東、中部地區發展分布式發電,鼓勵自發自用,這將成就光伏發電的發展方向。當下,廣東、浙江、山東等省份的光伏發電建設規模宏大,預計于2020年將分別達到400萬千瓦、600萬千瓦、400萬千瓦,屆時對這些太陽能電池板的清潔工作將為機器人清潔提供了更加廣闊的前景。
5 營銷
5.1 公司可根據市場現狀進行有計劃的營銷
5.1.1 開發商合作
合作營銷方式:定點展示合作和項目合作。
(1)項目合作:主要是針對那些剛剛起步的項目,把太陽能電池板清潔機器人研制這一塊納入預算中,這樣對產商來說,太陽能電池板清潔機器人可以提高太陽能電池板的清潔度,使太陽能電池板發電量增加30%。
銷售模式的優缺點:影響大、利潤豐厚、可是工期長、投資額度大、資金回收時間長。
(2)定點展示合作:在發電站設點展示,演示太陽能電池板清潔機器人。
銷售模式的特點:成交期短、成交率高是最直接的接觸方式,貨款可立刻收到,最直接、最經濟最實用、最有效、貨款結算方式:與生產商交付場地費、月租費結算貨款。
5.1.2 加盟商合作
通過地方性質的招商形式找尋下一級和經銷商,分享太陽能電池板清潔機器人的樂趣、投資商機,統一的政策。
5.1.3 專業市場設點
經過專業市場設點銷售、宣傳太陽能電池板清潔機器人,如大型建材市場、專業電子市場等,因為來這里的客戶大部分為準客戶。
銷售模式的特點:成交率高、客戶群集中、成交速度快、資金回收快是比較經濟而且穩定的銷售方式。
貨款結算方式:與客戶直接結算貨款。
5.2 研發方向
可以轉向現有產品的互補型產品,市場經濟發展的已經太過于飽和,研發新產品的難度遠遠大于互補型產品的研發。
5.3 擴展策略
努力發展現有產品,使本公司具有一定的知名度。以后再根據自身能力,開發新產品.同時兼并其他具有發展潛力的公司,使本公司有能力擴展。
關鍵詞:質子交換膜燃料電池;雙極板;電極;催化劑
1質子交換膜燃料電池的結構及原理
按照電解質的不同可將燃料電池分為磷酸燃料電池、堿性燃料電池、固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池及質子交換膜燃料電池(PEMFC)等五類。PEMFC單電池由質子交換膜、氣體擴散電極、雙極板等構成,圖1是其結構與工作原理示意圖。
PEMFC的基本工作過程如下:
(1)氫氣通過雙極板上的導氣通道到達電池的陽極,氫分子在催化劑的作用下解離形成氫離子和電子;
(2)氫離子以水合質子H+(xH2O)的形式通過電解質膜到達陰極,電子在陽極側積累;
(3)氧氣通過雙極板到達陰極后,氧分子在催化劑的作用下變成氧離子,陰、陽極間形成一個電勢差;
(4)陽極和陰極通過外電路連接起來,在陽極積聚的電子就會通過外電路到達陰極,形成電流,對負載做功。同時,在陰極側反應生成水;
(5)只要持續不斷地提供反應氣體,PEMFC就可以連續工作,對外提供電能。
2質子交換膜燃料電池的特點
(1)高效率。PEMFC以電化學方式進行能量轉換,不存在燃燒過程,不受卡諾循環限制,其理論熱效率可達85-90%,目前的實際效率大約是內燃機的兩倍。傳統動力源為了提高效率必須將負荷限制在很小范圍內,而PEMFC幾乎在全部負荷范圍內均有很高效率。
(2)模塊化。PEMFC在結構上具有模塊化的特點,可根據不同動力需求組合安裝,采用“搭積木”式的設計方法簡化了不同規模電堆的設計制造過程。
(3)高可靠性。由于PEMFC電堆采用模塊化的設計方法,結構簡單,易于維護。一旦某個單電池發生故障,可自動采取適當屏蔽措施,只會使系統輸出功率略有下降,而不會導致整個動力系統的癱瘓。
(4)燃料多樣性。PEMFC動力系統既可以純氫為燃料,也可以重整氣為燃料。氫氣的來源可以是電解水的產物,也可以是對汽油、柴油、二甲醚等化石類燃料重整的產物。氫氣的存儲方式可以是高壓氣罐、液氫、金屬氫化物等。
(5)環境友好。當采用純氫為燃料時,PEMFC的唯一產物是水,可以做到零排放。以重整氣為燃料時,相對于內燃機而言,排放也極大降低。此外,PEMFC噪聲水平也很低,各結構部件均可回收利用。3研究現狀
3.1關鍵部件
電解質膜、雙極板、催化劑及氣體擴散電極是質子交換膜燃料電池的四大關鍵部件。
電解質膜是PEMFC的核心部件,它直接影響燃料電池的性能與壽命。1962年美國杜邦公司研制成功全氟磺酸型質子交換膜,1966年開始用于燃料電池,其商業型號為Nafion,至今仍廣泛使用。但由于Nafion膜成本較高,各國科學家正在研究部分氟化或非氟質子交換膜。
雙極板在PEMFC中起著支撐、集流、分割氧化劑與還原劑并引導氣體在電池內電極表面流動的作用,目前廣泛采用的是以石墨為材料,在其上加工出引導氣體流動的流場,基本流場形式有蛇形、平行、交指及網格狀等。
鉑基催化劑是目前性能最好的電極催化劑,為提高利用率,鉑以納米級顆粒形式高分散地擔載到導電、抗腐蝕的擔體上,目前廣泛采用的擔體為乙炔炭黑,比表面積約為250m2/g,平均粒徑為30nm。
PEMFC的氣體擴散電極由兩層構成,一層為起支撐作用的擴散層,另一層為電化學反應進行的場所催化層。擴散層一般選用炭材如石墨化炭紙或炭布制備,應具備高孔隙率和適宜的孔分布,不產生腐蝕或降解。根據制備工藝和厚度不同,催化層分為厚層憎水、薄層親水及超薄三種類型。
3.2測控系統
PEMFC的工作性能受多種因素(溫度、壓力等)的影響,為確保PEMFC正常運行,提高其可靠性和有效性,就必須監測各個影響因素。即運用有效的措施來連續監測PEMFC運行的關鍵或重要狀態,并對收集到的信息進行必要的分析和處理,以便做到故障預測和及時診斷,為PEMFC管理系統提供依據。目前,進行PEMFC測試系統相關方面研究的公司和機構眾多,但仍沒有制定出有關PEMFC測試的國際標準和相應的標準測試設備,不過已有實用的測試系統投入使用。加拿大Hydrogenics公司的燃料電池測試站(FCATS)、美國Arbin公司的集成燃料電池測試系統(FCTS)是其中的突出代表。
4質子交換膜燃料電池的應用
質子交換膜燃料電池是目前各種燃料電池中實用程度較高的一類。其優越性不僅限于能量轉換效率高、工作溫度低,還體現在其可在較大的電流密度下工作,適宜于較頻繁啟動的場合。因此世界各大汽車生產廠商一致看好其在汽車工業中的應用前景,PEMFC已成為現今燃料電池汽車動力的主要發展方向。目前,通用、豐田等世界上知名的汽車公司,都在積極開發以PEMFC系統為動力源的PEMFC電動車,曾先后推出各種類型的樣車,并進行PEMFC電動車隊的示范運行。PEMFC電動車以其優異的性能和環境污染很少等突出特點引起了人們的普遍關注,甚至被認為將是21世紀內燃機汽車最為有力的競爭者。
此外,在航空航天特別是無人飛行器領域,以及家庭電源、分散電站、移動電子設備電源、水下機器人及潛艇不依賴空氣推進電源等方面也有廣泛應用前景。
5質子交換膜燃料電池的發展趨勢
在關鍵部件方面,圍繞電解質膜、催化劑及雙極板的研究方興未艾。全氟型磺酸膜價格昂貴,開發非全氟的廉價質子交換膜是今后的研究方向。近年來,新型質子交換膜的的研究熱點是開發能夠在100℃以上使用的高溫電解質膜。在催化劑方面,研制高性能抗CO中毒電極催化劑是最緊迫的任務,此外,還要尋找非貴金屬氮化物或碳化物作為現有鉑催化劑的替代。目前廣泛使用的石墨板具有較好的耐腐蝕能力和較高的熱導率,但成本較高,加工難度大,強度、電導率和可回收性均不如金屬板。金屬板目前急需解決的問題是表面處理,以提高其耐腐蝕能力。復合材料雙極板則結合了純石墨板和金屬板的優點,具有耐腐蝕、體積小、質量輕、強度大及工藝性良好等特點,是未來發展的趨勢。
在電堆方面,今后的研究重點將是使電堆中的電池單元的性能接近于單電池的性能,這就需要對電堆的結構進行優化,保證電堆中每一片電池單元的整個活性面積處于一致的操作環境,并優化水、熱管理,改善電流密度分布的均勻性。
參考文獻
關鍵詞:電動汽車電池;鉛酸蓄電池;氫鎳電池;鋰離子電池
中圖分類號:F27 文獻標識碼:A doi:10.19311/ki.1672-3198.2016.33.054
1 前言
在現代化的今天,汽車已由一種奢侈品變為一種生活必需品。然而汽車的發展卻帶來一系列的問題。據有效統計,全球汽車持有量依舊在持續增加,汽車數量的日益龐大,一方面使由于燃油等不可再生能源的大量消耗而引起的能源危機變得越來越嚴重,另一方面更使得汽車尾氣排放所造成的環境污染的程度變得越碓講荒芎鍪印N了有效緩解這一問題,目前許多國家把拓展電動汽車領域提上了日程。電動汽車是一種主要采用電力驅動的汽車。它作為一種高效率、無污染的新型汽車,將不使用任何液態式燃料,沒有發動引擎裝置,更不會產生污染性的汽車尾氣,是一種純“綠色”的出行工具,其作用已經在人們的日常生活中越來越重要。
2 電動汽車動力電池
一種交通工具最重要的組分是它的動力系統,電動汽車也不例外。電動車電池的質量,不僅對電動汽車的成本有著決定性的作用,而且對汽車的行駛里程有著非常重要的影響。能否在成本和行駛里程這兩方面取得突破性進展是電動汽車能否贏得與傳統燃油汽車競爭的關鍵。因此,開發出能夠滿足人類日常生活需求的高性價比電池對電動汽車的未來發展至關重要。
目前來講,電池車電池領域依舊具有很大的發展空間。在確保汽車的安全性、經濟性原則的基礎上,為了提升電動汽車的性能,動力電池通常需要滿足以下條件:
(1)高比能量、高比功率:高比能量意味著在相同的質量和體積下電池能攜帶更多的能量,能提高電池的單次行駛里程。而高比功率意味著良好的汽車動力性能和較高的最大速度。
(2)循環性能優異:電動汽車的最大行駛里程不僅取決于單次行駛里程,還取決于電池的循環次數。優異的循環性能能提高電池的使用壽命,降低電動汽車的平均使用成本。
(3)可靠性高,安全性好:一個安全性能好的電池要能夠在正常行駛時不燃燒,不爆炸。在非正常條件下也要能保證使用者的安全。
(4)綠色環保:電動汽車電池要在生產、使用和回收階段做到對環境基本無污染,材料最好可以回收利用。
(5)環境適應性強。電池要能應對各種極端環境,如高溫、低溫、沙塵暴等。
(6)價格低廉。電動汽車要想被大眾接受,電池價格必須低廉,原材料最好有豐富的儲量。
雖然人們對于電動車電池的要求非常具體,但目前能同時滿足以上要求的電動汽車電池還未研制成功。基于此,本文將主要介紹鉛酸蓄電池、氫鎳電池、鋰離子電池這三種目前已商業化的電池。表1為三種電池的綜合性能比較。
2.1 鉛酸蓄電池
鉛酸蓄電池于1860年被研制出來,是一種有一百多年歷史的電池,其電池總反應方程式如下:
2PbsO4+2H2OchangedischargePbO2+Pb+2H2SO4
鉛酸蓄電池的正極材料是PbO2,負極材料主要是鉛,電解質則采用硫酸。
從最初的開口式鉛酸蓄電池到閥控式鉛酸蓄電池再到最近正在研制的新型鉛酸蓄電池,鉛酸蓄電池正一步步地發展和改進。現在質量比能量已經可以達到30-40Wh/kg,循環次數已經達到500次。鉛酸蓄電池的主要特點是安全密封,沒有自由酸,有一個泄氣系統,維護簡單,可靠性高,并具有技術成熟,價格低廉,安全性好等優點。同時,不容忽視的是比能量低,循環次數少,充電慢,未有效回收的廢棄電池對環境影響大等主要缺點。目前鉛蓄電池攻關的主要方向是克服上述缺點。
目前國際上對于鉛酸蓄電池的研究比較多,主要包括:(1)卷繞式鉛酸電池:把正極,負極,隔板交替放置并繞在一起形成的電池;(2)水平鉛布式鉛酸電池:采用復合材料制成,擁有水平雙極結構、重量輕、強度高、可靠性高的優點;(3)雙極性鉛酸蓄電池:擁有將正極與負極合并的雙極性板,能顯著減少鉛的消耗量。
2.2 氫鎳電池
氫鎳電池是前些年研制出的一種新型無污染電池,于20世紀末開始進行規模化生產,其電極反應方程式如下:
MH+NiOOHchangedischargeM+Ni(OH)2
它的正極材料為NiOOH,負極材料為金屬氫化物,通常會使用貴金屬催化劑,電解質為KOH水溶液。
氫鎳電池具有高比能量(其比能量約為鉛酸蓄電池的2倍),高比功率,質量輕,體積小等優點,但是它的缺點也很明顯。氫鎳電池不耐高溫,工作溫度一般不超過50℃,充電時和使用時溫度過高會嚴重影響電池的容量和使用壽命。除此之外,氫鎳電池還有內阻較大,自放電率高(30%),成本較高等不足,這些都是阻礙氫鎳電池進一步發展的瓶頸。
為了解決氫鎳電池存在的問題,許多企業投入大量資金研發新型氫鎳電池。其中比較成熟的是日本松下公司的氫鎳電池,其部分指標如下,電壓:12V;容量:100Ah;比能量70Wh/kg。
雖然氫鎳電池有一些不足,但它清潔無污染、沒有記憶效應、輸出功率較高,這些優點能讓電動汽車有更好的加速性能。
2.3 鋰離子電池
鋰離子電池是近年開發的新型高性能電池,已被廣泛應用為移動設備電源,其反應方程式如下:
LiC6+CoO2changedischarge6C+LiCoO2(以鈷酸鋰為例)
它的正極材料為鈷酸鋰或錳酸鋰,也有電池用磷酸鐵鋰。負極活性物質為石墨,電解質為有機溶劑,還有一個只允許鋰離子通過的高分子薄膜。
20世紀70年代,科學家發明了金屬鋰電池,但這種電池循環性能很差,安全性不高,易產生鋰枝晶,后來發明了鋰離子電池。鋰離子電池擁有很高的比能量,所以與相同容量的鉛酸蓄電池相比,鋰離子電池的體積和質量要小很多。它的循環壽命超過了1000次,是鉛酸電池的兩倍以上,也高于氫鎳電池。同時,它還具有自放電率小,沒有記憶效應的優點。使用鋰離子電池作為電動汽車的動力電源將顯著降低汽車的整體重量,增加電動汽車的行駛里程。然而將鋰離子電池汽車大規模投放市場需要首先解決兩個問題,一個是鋰離子電池的安全性問題,另一個是鋰離子電池的價格問題。
鋰離子電池有很高的能量密度,一旦正負極物質發生了化學反應(短路),那么原本用來驅動電動汽車行走的能量將轉化為熱量,使電池熱失控,再加上有機電解質具有易燃易爆的性質,這使鋰離子電池的安全性飽受質疑。鋰離子電池按電解質不同分為兩種,一種采用固體聚合物電解質,一種采用膠體電解質。使用固體聚合物電解質可以避免漏液,提高電池的安全性,還可以避免鋰枝晶的生成,但是固體電解質離子導電率不高,這是使用固體聚合物電解質的電池難以克服的障礙。膠體電解質的離子導電率高于固體聚合物電解質,這賦予膠體電解質電池更大的優勢。不過凝膠狀態的膠體電解質機械強度不高,穩定性不強,工藝也不成熟,要實現實用化還有很長的路要走。
限制鋰離子電池大規模使用的另一個因素是昂貴的價格。鋰離子電池的價格是鉛酸蓄電池的5倍左右,因此生產出來的鋰離子電動車很難被消費者普遍接受。不過價格昂貴主要是鋰離子電池工藝不成熟造成的,一旦鋰離子電池工藝成熟,價格會逐漸開始為消費者接受。
目前鋰離子電池的研究熱點很多,除了改進電解質外還有對電池正負極材料的研究。正負極材料影響電池的成本,使用壽命,安全性……目前負極材料中石墨仍然是居于主要地位,其他的處于研究階段的還有硅基負極,氧化物負極,鈦酸鋰等。正極材料除鈷酸鋰、錳酸鋰外還有磷酸釩鋰,聚合物電極等。
C合比較來看,鉛酸蓄電池是目前最為成熟的一種電池,由于其成本較低,工藝成熟,短時間內很難被完全取代,但長遠看來鉛酸蓄電池因鉛礦資源短缺等原因價格將會上升,低成本優勢不存,而污染大且較低的比能量、比功率將進一步制約鉛酸蓄電池的發展。氫鎳電池具有低于鉛酸蓄電池的價格,但其與比能量比功率低于鋰離子電池,且自身存在自放電率高的問題,導致其不會擁有很高的市場份額。不同于前兩種電池,鋰離子電池的市場占有率在逐年上升,它的高比能量、高比功率、長循環壽命受到各家公司的青睞,但鋰離子電池要實現最大市場化必須要解決安全性和價格這兩大問題。目前來講,鋰離子電池是最適合電動汽車的動力電池。
3 電動汽車電池展望
電動汽車從無到有發展迅速,相應的配套設施也在建設之中,但是因為純電動汽車在性能上還不盡如人意,無法和燃油汽車競爭,因此目前市面上的電動汽車大多數是混合動力車。在大氣污染嚴重的今天,混合動力車盡管無法做到零污染,但其污染和能耗要遠小于純燃油汽車,且其性能也可以和燃油汽車媲美。目前,很多地方都在對這種混合動力車進行補貼,使市場上混合動力汽車的銷售業績逐漸上揚。純電動汽車將是解決石油資源匱乏問題的最有效的工具之一,我們有理由相信,電動汽車及其電池也將會有更大的發展空間。
參考文獻
[1]徐保伯,劉務華,劉怡等.電動自行車的發展及其動力電池的選擇[J].電池工業,2003,8(5):200-203.
關鍵詞:雙極膜;環境工程;水解離電滲析;應用
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2016.13.086
1 工作原理簡述
雙極膜也叫雙極性膜,是一種新型的特種離子交換膜,通常由一張陽膜和一張陰膜復合而成。該膜的特點是在直流電場的作用下,陰、陽膜復合層間的解離成和并分別通過陰膜和陽膜,作為和離子源,通過一系列電化學反應公式,達到有效處理環境污染問題的目的。與國外的研究相比,我國對雙極膜技術的研究起步較晚,最近幾年市場上才開始出現商品化雙極膜。目前雙極膜已被廣泛應用于各個領域,其中在環境工程中的應用效果顯著。
2 雙極膜在環境工程中的應用
2.1 處理廢水
2.1.1 處理工業廢水
在工業生產過程中經常會產生大量的工業廢水,針對不同性質的工業廢水,往往采取不同的方法凈化。在處理含有重金屬的廢水,通常是將這些重金屬先經過化學反應變成氫氧化物沉淀并除去。若采用納濾膜技術,則可以對廢水進行有效回收,回收率可達90%以上,同時還能濃縮重金屬離子,使其具備回收利用價值。
2.1.2 處理生活污水
在處理生活產生污水時,一般采用生物降解與化學氧化兩者結合的方法處理,但往往氧化劑的用量太大,會剩余較多殘留物。因此如果在它們之間加上一個納濾環節,讓能被微生物降解的小分子透過,截留住大分子,然后用化學氧化器處理大分子物質,使其進行生物降解,這樣便可以充分利用生物降解性,節約氧化劑和活性炭的用量,并且減少最終殘留物的含量。由于水污染的問題日益嚴重,人們的飲用水質量也受到威脅。利用雙極膜納濾法不僅可以有效去除消毒過程中產生的微毒副產物等化學殘留物,而且還具有化學藥劑用量少、節能、占地少、便于管理和維護等優點。
2.2 處理廢氣
工廠在生產過程中,除了會產生廢液污染,還會排放一些對大氣有污染的氣體,也需要進行有效處理凈化。目前,工廠在燃燒過程釋放出來的酸性污染氣體主要以COx、NOx、SOx 為主。這些大氣污染氣體物種每年的排放量非常大,例如 SOx,我國每年大約向大氣排放1900~2100萬噸的大氣污染物。這些過量排放的酸性氣體是引起全球溫室效應、酸雨等污染問題的罪魁禍首,對人類日常生活的危害十分嚴重,因此必須要及時采取有效措施來進行治理。
利用雙極膜技術處理這類酸性氣體方法簡單有效,并且易于操作。以從廢氣中回收二氧化硫為例,回收步驟為:一、先用堿液如氫氧化鈉進行吸收;二、吸收液通過雙極膜電滲析,在酸室里得到硫酸溶液;三、堿室里得到的主要成分是和液,這些液體可以返回工序的第一步重新吸收尾氣。在整個回收過程中實現了零排放,從而也就避免了二次污染。在最大化回收廢氣中有用物質實現二次利用的同時還有效地緩解了環境污染問題。
2.3 綠色能源――雙極膜蓄電池
在工業冶金過程中產生的廢酸堿除了可以用納濾膜技術進行廢水跟重金屬離子的回收,還可以通過雙極膜技術做成蓄電池進行發電。計算顯示,一摩爾每升的酸和一摩爾每升的堿反應,可以得到 0.828 V的理論電位,數值上剛好等于雙極膜水解電離時產生的電壓降。以往這部分的電能很難加以有效利用,現在通過雙極膜水解電離池,不僅可以充分利用這部分電能,而且還能夠借助于可逆電極,實現充電的過程。在實際應用時可以由數十個甚至上百個基本單元組成雙極膜蓄電池,使其達到人們日常生活所需的電壓及輸出功率。日常生產中,通常會產生大量的酸性與堿性廢液,通過雙極膜技術對這些工業廢液進行回收,并制成蓄電池,實現資源的循環再利用,由此可見,雙極膜電池具有很高的開發價值和顯著的經濟效益,發展前景光明。
2.4 用于垃圾發酵連續制備有機酸
在日常生活中產生的廚房垃圾,一般采取直接填地的處理方法,這對環境也會產生一些較小的污染。目前處理廚房生活垃圾的主要方式是通過發酵處理的方法來制成有機酸,在保護環境的同時,充分發揮這些垃圾的經濟效益。由于在傳統的發酵制作過程中,反應生成的有機酸會影響環境的PH值,不利于微生物的生長、發酵,影響了反應的進一步進行,不少企業會向發酵池中加入酸堿來調節環境的PH值,這種方法,不僅工序步驟復雜,而且還消耗了大量的酸堿,反應剩余的廢液殘渣也對環境造成二次污染。而如果以雙極膜電滲析解離作為氫離子和氫氧根離子的供應源,則可以直接從發酵液中生產出有機酸,免去了投放酸堿的過程,,也就避免了資源浪費和二次污染的問題。
3 展望
在社會工業化快速發展的今天,環境問題應受到人們的高度重視,只有保護好我們賴以生存的環境,才能實現社會的可持續發展。雙極膜作為一種全新的技術,已被廣泛應用于環境工程領域,它有效解決了傳統方法在環境治污過程中存留的技術疑難問題。目前看來,雙極膜的應用前景非常廣闊,可以通過改進制備工藝過程,降低生產成本,研究開發出更高性能的雙極膜,拓寬其應用領域,充分發揮其經濟效益,對環境的可持續發展具有深遠的意義。
參考文獻:
[1]謝鴻芳,肖艷春,鄭林祿,鄭淑英,陳震.雙極膜技術在環境工程中的應用與展望[J].廣州化學,2012(01).
關鍵詞:廢舊手機;回收;處理方法;資源利用
收稿日期:20130521
基金項目:上海市教育委員會創新重點項目(編號:12ZZ194);重點學科建設項目(編號:J51803);國家自然科學基金項目(編號:50974087)資助
作者簡介:陳立樂(1988—),男,安徽人,上海第二工業大學城市建設與環境工程學院碩士研究生。
通訊作者:王景偉(1963—),男,內蒙古人,教授,碩士生導師,主要從事電子廢棄物資源化方面的教學與研究工作。中圖分類號:TK09 文獻標識碼:A
文章編號:16749944(2013)07017304
1 引言
近年來,隨著電子科技和信息技術的迅猛發展,手機更新換代速率不斷加快,進而導致了大量廢棄手機的產生。據相關統計數據顯示,目前全球每年廢棄的手機約有4億部,其中,中國有近1億部。聯合國環境規劃署近期的《化電子垃圾為資源》報告預測,到2020年,中國廢棄手機數量將比2007年增長7倍。另外,我國同時也是一個手機生產大國,根據2002~2009年《中國電子信息產業統計年鑒》的相關統計,從2002~2009年,我國手機產業生產規模不斷擴大,2008年受經濟危機影響增長較慢,其他年份生產均呈快速增長勢頭,2009年手機產量是2002年產量的5倍多。2009年,我國手機產量超過6億部,2010年,我國手機產量達到10億部。因此,廢舊手機的回收處理,已成為我國當前亟待解決的一項重大難題。
2 廢舊手機的危害性和資源性
廢舊手機主要由塑料外殼、鋰電池、線路板、顯示器等幾大部分組成。這些部件中含有鉛、鉻、汞等有毒有害物質,隨意拋棄將會嚴重污染土壤和地下水,對人類的身體健康構成巨大的威脅;廢舊線路板中還有含多溴聯苯、多溴聯苯醚等含溴阻燃劑,具有致癌、致畸、致突變的危害。同時,廢舊手機中還含有大量的有價金屬,特別是貴金屬。一項研究表明,從1t廢棄手機中能提取150g黃金、100kg銅以及3kg銀。依照我國目前每年廢棄1億部手機估算,這些廢舊手機總重達1萬t,若回收處理能提取 1500 kg黃金、100萬kg銅、3 萬kg銀。因此,無論是從經濟效益,資源綜合利用,還是環境保護方面,廢舊手機的高效回收和利用,都有十分重要的意義。
3 廢舊手機主要部件的回收利用
3.1 廢舊手機塑料外殼的回收
手機外殼制造時一般會在內側標明其材質。手機外殼材料大多采用熱塑性工程塑料,如聚碳酸酯(PC)、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯合成樹脂(ABS)、PC/ABS合金、聚甲醛及聚氨酯。工程塑料具有很高的回收利用價值,對廢舊塑料進行回收,并加以循環利用,對于提高資源利用率,解決廢舊手機廢棄物的生態環境問題具有重要意義。
廢舊手機外殼塑料的回收,一般通過物理化加以回收。將回收的手機拆除外殼,統一運送到專門生產塑料的企業,對手機塑料外殼進行破碎,然后,進行造粒,作為其他家用或工業電器、通訊等設備的原材料。物理方法具有工藝簡單、處理效率高、污染少、成本低等優點。
對于手機中不能重復利用的塑料還可以用作燃料,用于發電、冶煉等使用,這樣既可以節約能源,又可以減少溫室氣體的排放。
3.2 廢舊手機線路板的回收
手機線路板中金屬的含量很高,尤其是貴金屬,具有較高的回收價值。Luciana Harue Yamane 等對手機線路板和電腦線路板中的金屬成分分別進行了分析,分析結果:手機線路板中的金屬含量為63%,電腦線路板中的金屬含量為45%,其中手機線路板中銅的含量為34.5%,電腦線路板中銅的含量為20%。
對于廢舊手機線路板的回收,主要是回收其中的有價金屬,特別是金、銀、銅、鈀等貴重金屬。目前主要通過物理、化學及生物的方法加以分離回收。
3.2.1 物理處理法
從工藝方法來說線路板的物理法處理可分成兩大類:干法和濕法。干法指的是根據物料間的電、磁、形狀、密度等特性差異,利用單個或組合設備加以有效處理的技術方法,其間沒有液相的存在,這也是研究較多應用較廣泛的技術方法。濕法多是利用物料的密度差異性質結合液相的動力及運動特性進行有效的成分分離。
干法回收主要通過各種機械的方法,或者幾種方法相結合的方式,首先對線路板進行破碎,然后根據金屬和非金屬磁性、密度、比重、導電性等的不同,對其中的金屬和非金屬加以分離。處理方法主要包括破碎、磁選、靜電分選、渦電流分選等工藝流程,還有重選、空氣搖床等方法,一般采用其中的兩三種方法相結合的方式進行分選。
馬國軍等采用磁選和重選回收廢舊電路板中的金屬。結果表明,采用干法磁選工藝,可回收的鐵磁性物質約占廢舊電路板質量分數的8.23 %,重液分選可使金屬與非金屬有效分離,采用磁選和重選聯合工藝可使Fe、Cu、Pb、Zn、Ni和Sn的回收率分別達到約100%、80%、65%、75%、88%和56%。
北京航空航天大學的沈志剛在其專利中利用空氣分離筒設備進行了廢棄電路板物理法資源化研究,該工藝回收的金屬材料純度為 95%,回收率達到 95%,具體工藝流程見圖1。
圖1 廢棄線路板物理法空氣分離工藝流程
濕法回收是利用水等作為分選介質,根據金屬和非金屬密度或比重的不同加以分離,例如浮選法、水力搖床、螺旋溜槽等。
譚之海采用“濕法破碎——浮選”工藝流程來回收廢棄線路板中金屬成分,結合傳統礦物浮選的4個常用浮選動力學模型,研究了廢棄線路板自然疏水性浮選和藥劑浮選的浮選動力學模型,并通過試驗驗證了5個不同條件下建立得動力學模型,為廢棄線路板浮選工藝參數的優化、浮選流程的簡化奠定了理論基礎。
綜上所述,物理法資源化處理線路板的方法很多,不同種類的線路板和不同的工藝流程,往往會取得不同的分離回收效果。廢舊手機線路板相對電腦等其他線路板,具有金屬含量高,板體薄等特點,因此,對于廢舊手機線路板的回收,相關的物理回收工藝,還需要進一步的研究和優化,才能取得較好的分離效果。
3.2.2 化學處理法
化學處理法主要是利用濕法冶金的方法,對線路板中的貴賤金屬加以分離回收。濕法冶金技術回收貴金屬的基本原理是利用廢料中的絕大多數金屬能在硝酸、王水等強氧化性介質中溶解而進入液相的特性,使絕大部分貴金屬和其他金屬進入液相而與其他物料分離,然后從液相中分別回收金等貴金屬和其他賤金屬。目前已經得到應用的將電子廢棄物中的金轉入溶液的工藝有硝酸王水濕法工藝、雙氧水硫酸濕法工藝、鼓氧氰化濕法工藝等幾種。
曹人平等應用煅燒浸出法研究了廢舊手機中 Au、Pd、Ag 的回收技術及工藝,其回收率都>95%,回收得到的產物經精制,其純度>99.9%。其具體工藝流程如下圖(圖2)。
圖2 廢舊手機中Au、Ag、Pd的回收工藝流程
李晶瑩[11]等采用硫脲作為浸出試劑,用Fe3+離子作為氧化劑,對廢舊手機線路板中的金、銀的浸出回收進行了研究。研究結果表明,酸性條件下,樣品破碎到100目以下,控制硫脲濃度24g/L,Fe3+離子濃度06%,室溫下反應2h,金和銀的浸出率分別達到90%和50%。
Vinh Hung Ha 等采用Cu2+-硫代硫酸鹽-氨體系對廢棄手機線路板中的金的浸出進行了研究,結果表明,當硫代硫酸鹽濃度0.12mol/L,Cu2+20mmol/L,氨濃度0.2mol/L,2h后,金的浸出率高達98%,取得較好的試驗成果。
3.2.3 生物法處理技術
生物處理技術,就是利用某些微生物的吸附、氧化和代謝作用,來提取廢舊電子產品中金屬的一種手段。生物提取技術具有工藝簡單、成本低、操作簡單等優點,但是生物浸出周期長,浸出率較低,目前還處于實驗室研究階段,生物法是具有發展前景的新技術之一。
3.3 液晶顯示屏的回收
液晶顯示屏中主要成分為金屬銦和玻璃。銦是各類平面液晶顯示器生產中至關重要的成分。世界市場上平面顯示器的快速增長成為全世界銦的生產的最主要的最終用戶,包括平面電視、臺式計算機顯示器、可上網的筆記本電腦、手機等主要的平面顯示器的快速發展和應用,使得國際市場對銦的需求急劇增長,而且目前還沒有新的替代材料研究出來。液晶顯示屏中銦的含量大約在20×10-6~200×10-6,具有一定的回收利用價值。玻璃可作為一般的廢物回收利用。
3.4 廢舊手機鋰電池的回收與利用
現行的大多數手機電池為鋰離子電池,鋰、鈷是鋰離子電池的最重要成分,其中鈷在自然界含量稀少,價格昂貴,如果得到回收,將會獲得較大的經濟效益。
對于廢舊鋰電池的回收利用,國內在這方面的研究相對國外較少。中南大學鐘海云等采用堿浸——酸溶——凈化——沉鈷工藝流程,從鋰離子二次電池正極廢料——鋁鈷膜中回收鋁、鈷。本工藝鈷的直收率達到95.75%,鋁達到94.84%。
韓國礦產資源科學研究院回收研究所研究開發了從失效鋰離子電池中再生鈷酸鋰的濕法冶金方法——非晶型檸檬酸鹽沉淀法。工藝流程為:失效鋰離子電池——熱預處理(電池解離、硬化塑料)——一次破碎——一次篩分——二次熱處理——二次篩分——高溫焙燒——硝酸介質還原浸出(H2O2作還原劑)——凈化除雜——檸檬酸沉淀——高溫焙燒——鈷酸鋰。日本索尼公司和住友金屬礦山公司合作開發了從失效鋰離子電池中回收鈷等元素的技術。其工藝為先將電池焚燒,以除去有機物,再篩選去鐵和銅,將殘余的粉末溶于熱的酸溶液中,用有機溶劑提取鈷。
4 廢舊手機回收利用現狀和建議
我國是一個人口眾多、手機使用量較大的國家,廢舊手機的回收利用,需要一個完善系統,從政府、生產者、經銷商、運營商到個人的積極參與和配合,才能實現廢舊手機綜合利用。廢舊手機的回收利用體系的建立,是一個逐漸完善的過程。目前,歐、美、日等發達國家及地區,在廢舊手機的回收和利用方面,已經有了一個相對完備的法律體系及回收處理系統,因此,我們國家在這方面,可以結合我國國情,予以借鑒。
4.1 完善法律法規,合理回收利用
專門法律法規的制定,是廢舊手機得以高效回收利用的前提和保證。2003年1月我國實施了《清潔生產促進法》,2005年4月實施了《固體廢棄物污染環境防治法》,2007年3月實施《電子信息產品污染控制管理辦法》,2011年1月1日起,正式實施《廢棄電子產品回收處理管理條例》,并頒布了《廢棄電器電子產品處理目錄》,對廢舊電視、冰箱、洗衣機、空調、電腦等廢舊家用電器的回收處理做出了相關規定,但是,對于廢舊手機的回收處理,依然還沒有做出相關規定。因此,國家需要盡快完善相關法律法規,將廢舊手機的回收利用納入其中,才能保證廢舊手機的合理回收與利用。
4.2 設立專門的回收機構,規范回收市場
目前,我國廢舊手機的回收,主要依靠小商販走街串巷進行回收,或者賣給手機維修點,然后,通過相關商家進行翻新,重新回到市場,欺騙消費者。對于不能使用的,進行簡單的拆除,只回收利用其中一些有用的零部件。這種不規范的回收方式,不僅回收效率低,而且對環境的污染破壞大,對正規回收系統的建立,也產生一定的阻礙作用。針對我國當前廢舊手機的回收利用情況,結合我國國情,借鑒國外的回收體系,在全國設立專門的回收網絡,進行有償回收,比如利用銷售商和運營商進行回收,同時,堅決取締非法渠道進行回收。
4.3 建立規劃化、產業化的處理企業
廢舊手機的拆解、處理工作,需要先進的處理技術、工藝、專門的技術人員,進行高效的無害化的拆解,才能避免對環境的二次污染和破壞。因此,廢舊手機的回收、處理,要兼顧環境效益與經濟效益,走規范化、產業化的道路,既可以高效的回收利用,又不會造成環境的破壞,同時可以帶動經濟增長,促進就業。因此,要堅決取締、嚴格查辦一些沿海地區非法的手工拆解作坊,政府可以出資成立專門的處理企業,或者鼓勵一些有實力、有技術、有資質的企業進行廢舊手機的拆解處理。對于相關的企業,政府給予一定的照顧,如減免稅收、財政補貼等。
2013年7月 綠 色 科 技 第7期4.4 大力宣傳,提高公民環保意識
相對于發達國家,我國區域經濟發展不平衡,公民的環保意識較薄弱,需要政府和相關企業機構宣傳、教育和引導,增強公民的環保意識,倡導綠色消費,提高公民環保的積極性。同時,政府和相關機構定期開展一些廢舊手機的回收活動,比如,以舊換新、廢舊手機換話費、廢舊手機換取日用品、換取積分等,從而增加民眾主動交回廢舊手機的主動性。
5 結語
我國是一個手機使用大國,也是一個手機生產大國,每年廢棄的手機將達到上億部。然而,目前國內關于廢舊手機回收利用方面的研究較少,對于廢舊手機的回收利用,還沒有形成相對完善的體系。如何有效的回收利用這些廢舊手機,是當前我國急需解決的一項重大難題。無論是法律法規的健全、回收系統的完善、專門處理企業的建立,還是工藝技術的研發,都將是今后研究的重點。
參考文獻:
[1] 佚 名.我國每年廢棄手機1億部,可提取1500kg黃金[J].中國邊防警察,2012(5).
[2] 裴慶冰.手機中貴金屬循環利用問題研究[D].北京:中國社會科學院研究生院,2011.
[3] 李 琛.廢舊手機循環利用的研究進展[J].環境保護與循環經濟,2011,31(1):12~14.
[4] Yamane,L.H,et al.Recycling of WEEE:Characterization of spent printed circuit boards from mobile phones and computers[J].Waste Management,2011(31):2553~2558.
[5] 劉昆侖,段晨龍,趙躍民,等.廢棄電路板物理法資源化研究現狀[J].中國資源綜合利用,2007,25(6):10~13.
[6] 馬國軍,劉 洋,蘇偉厚,等.采用磁選和重選回收廢舊電路板中的金屬[J].武漢科技大學學報,2009,32(3):296~299.
[7] 沈志剛.廢印刷線路板的粉碎分離回收工藝及其所用設備[P].中國專利:ZL99102862.7.
[8] 譚之海.廢棄線路板的資源化及浮選動力學模型研究[D].徐州:中國礦業大學,2011.
[9] IZUMIKAWA CHIAKI.A Method for separating and recovering valuablesformcomposite material[P].日本專利:P06~170276.
[10] 曹人平,肖士民.廢舊手機中金鈀銀的回收[J].貴金屬,2005,26(2):13~15
[11] Li Jingying,Xu Xiuli,Liu Wenquan.Thiourea leaching gold and silver from the printed circuit boards of waste mobile phones[J].Waste Management,2012(32):1209~1212.
[12]Vinh Hung Ha,Jaechun Lee,Jinki Jeong,etal.Thiosulfate leaching of gold from waste mobile phones[J].Journal of Hazardous Materials,2010(178):1115~1119.
[13] 武建剛,胡嘉瑩.廢舊手機價值分析及回收利用[J].科技資訊,2011(30):86.
關鍵詞:混合動力汽車;原理;發展前景
0 引言
隨著政府對于混合動力汽車的投入與開發的力度不斷加大,我國混合動力汽車迎來了重要的發展機遇。2015年1月13日,科技部部長萬鋼指出,科技部將按照部署,繼續推動混合動力汽車的基礎研究、關鍵性技術等領域的研究,為產業發展提供強有力的技術支撐,開發和使用混合動力汽車已經成為未來汽車工業發展的必然方向。
1 混合動力汽車的優點
混合動力汽車是指采用傳統燃料,同時輔助動力單元通常采用一臺發動機或動力發動機組,混合動力車輛的主流都是汽油混合動力,與傳統燃油汽車相比較,混合動力汽車在油耗、排放等方面有較大程度的改善。混合動力汽車的優點:一是可讓電池保持在良好的工作狀態,不發生過充、過放,減少蓄電池容量和體積的同時提高了汽車最高速度,提高電驅動續駛里程,延長了蓄電池的使用壽命,降低成本;二是混合動力電動汽車集燃油發動機、電動機、儲能器件良好匹配和優化控制,大大提升了續駛里程,可達到燃油汽車水平,十分方便地解決純電動汽車遇到的難題;三是采用混合動力后可以自由調整負荷少或者多時的功率輸出與能量控制,在車輛行駛的過程中可以十分方便地回收制動時、下坡時、怠速時的能量。混合動力車普遍具有低油耗、少污染的優點,同時也提高了能量的利用率。四是低排放,混合動力汽車由于在運行過程中所應用的燃料與常規動力有著很大的區別,所以具備低排放和零排放的相關要求。
2 混合動力汽車原理
混合動力電動汽車的動力系統和常規動力汽車的動力系統有著一定的區別,驅動系統、控制系統、輔助動力系統和電池組等是混合動力汽車的主要動力構成。
2.1 串聯式混合動力系統工作原理
串聯式混合動力系統是由內燃機直接帶動發電機發電,在這種情況下產生的電能通過控制單元經過電機轉化為汽車所需要的動能,最后完成驅動汽車的任務。這種動力系統的汽車在各大城市的公交上應用比較多,也取得了很好的應用效果,但是轎車上很少使用。現將串聯式混合動力的簡單結構列舉如圖1:
工作原理:蓄電池組使發動機工作在一個相對穩定的工況,車輛開始行駛時,蓄電池組電量飽和,在這種情況下,汽車就不需要輔助動力系統工作,從而達到正常行駛的目的;在當電池電量低于60%時,汽車就要依靠輔助動力系統完成行駛目的,在這個過程中,輔助動力系統還可以給蓄電池組進行充電,使蓄電池組再次能夠重新工作。如果車輛在行駛的過程中需求的動力過大,蓄電池組和輔助動力系統就可以同時工作,以便能夠提供充足的動力;當車輛能量需求較小時,輔助動力系統就可以完成給蓄電池組進行充電的任務。
2.2 并聯式混合動力系統
并聯式混合動力系統適用于多種不同的行駛工況,尤其適用于復雜的路況,它有傳統的內燃機和電機驅動兩套驅動系統,兩個系統既可以各自單獨工作,也可以同時協調工作,發動機的動力可以直接用來驅動車輛,沒有能量轉換,能量損失小。發動機、電動/發電機或驅動電動機采用“并聯”的方式組成并聯式混合動力系統的驅動系統。該聯結方式結構簡單,成本低。本田的Accord和Civic采用的是并聯式聯結方式。
并聯式混合動力的結構如圖2:發動機、耦合器、變速器、電動機、功率變速器以及蓄電池組成并聯式混合動力動力傳動系統。
工作原理:該系統的發動機和電動機是并列連接到驅動橋上的,汽車行駛時,發動機與電動機可以分別獨立或共同向汽車驅動輪提供動力。發動機驅動的后輪動力與驅動電機驅動的前輪動力進行組合,在不同的路面上既可以共同驅動又可以單獨驅動,電動機既可以作電動機又可以作發電機,動力性較好。
2.3 混聯式混合動力系統
混聯式混合動力系統在起步和低速段采用純電動和串聯模式,兼顧了串聯和并聯混合動力兩種模式的優點,混聯式動力系統可以更加靈活地根據工況來調節內燃機的功率輸出和電機的運轉。混聯模式比串、并聯模式更加節油,采用混合驅動模式,綜合調節內燃機與電動機之間的轉速關系,可以在急加速、爬陡坡等特種工況下,保證動力性的同時兼顧系統效率。 混聯系統的結構形式為同軸直聯式,由發動機、電動-發電機和驅動電動機三大動力混聯組成,是一種相對比較完善的動力系統,具有很好的燃油經濟性和較低的排放,加速性和平穩性也很好。
混聯式混合動力的結構圖如圖3: (下轉第140頁)
(上接第67頁)
工作原理:1) 發動機輸出的機械能可通過機械裝置直接驅動車輪;2)發動機輸出的機械能通過發電機轉化成電能由電動機驅動車輪;3)電池連接到發電機和電動機之間,可接受充電或提供輔助動力。
3 混合動力汽車發展前景
3.1 發展混合動力汽車是國民經濟可持續發展的需要
隨著石油資源會在不久的將來可能枯竭,各個國家對于傳統主要以石油為燃料的動力汽車開始改進,以求能夠更好地應對石油枯竭的未來發展趨勢。另外,人們環保意識的提高,電動汽車及混合動力汽車將成為新世紀前幾十年汽車發展的主流,這種新形式的動力汽車相對于傳統動力汽車是一場新的汽車革命,研究與發揮好混合動力汽車有利于國民經濟的可持續發展。
3.2 發展混合動力汽車是控制城市污染的需要
隨著社會的進一步發展,混合動力汽車越來越能夠體現出它的重要性。由于全球變暖、厄爾尼諾現象等大氣與環境問題,世界各國開始更多的關注大氣污染問題。其中,常規化石能源就是導致環境惡劣的主要因素之一。在這種背景下,世界各國紛紛制定了相關嚴格的汽車排放標準,改變了以往對于大氣污染的無視與忽視。由于國家對于大氣保護的相關法律法規的相關要求,人們對于清潔能源的呼吁等因素,今后,混合動力汽車在今后的發展中有著廣闊的市場空間,也是人類可持續發展的需要,特別是開發用于城市交通和城市之間的混合動力汽車在我國有著得天獨厚的發展條件和廣闊的應用前景。
4 總結
隨著人們對環境保護要求的提高,混合動力汽車技術,作為一種可持續、多樣化、可再生新能源時代的共性技術,為人們在既保護環境的同時、又能夠享受到科學技術給人們帶來的幸福感,相信它的明天一定更有前途!
參考文獻:
[1]劉昭霞.混合動力汽車的控制原理與市場前景[J].包頭職業技術學院學報,2012(02).
[2]陳建文,令狐婷,呂良愷,梁聰聰.汽車混合動力技術發展現狀及前景[J].汽車零部件,2013(08).
關鍵詞:電動工業車輛、蓄電池、環保
能源和環保問題是當今世界經濟發展的兩大難題,近幾年的國際石油價格大幅攀升、《京都議定書》的生效以及世界經濟高速增長所引發的石油危機帶來的壓力,必將促進電動工業車輛的廣泛使用。
從技術角度看,影響電動工業車輛發展的關鍵是蓄電池技術。目前廣泛使用的鉛酸蓄電池存在體積大、質量大、衰退嚴重、壽命短以及嚴重的重金屬污染等突出問題,已不能適應電動工業車輛的發展需求,急需研制高效、壽命長、比能高、安全可靠的環保新型蓄電池。同時,解決制約電動車輛推廣使用的蓄電池問題,又能夠極大地釋放市場需求。
技術可行性分析
目前,電動工業車輛應用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池,但隨著電動汽車技術的發展,鉛酸蓄電池由于比能量較低、充電速度較慢、壽命較短,逐漸被其他類型的蓄電池所取代。正在發展的電源主要有鈉硫電池、鎳鎘電池、鋰電池、燃料電池、飛輪電池等,新型電源為電動工業車輛的發展開辟了廣闊的前景。
總體上,電動工業車輛對動力源系統的要求體現在:高比能量、高比功率、快充和深放電能力;壽命長;安全性好,且成本低廉;對環境無危害,可回收性好。
表1為現有的蓄電池系統簡單比較,可以看出,磷酸鐵鋰蓄電池能很好地適應電動工業車輛使用要求。與鉛酸蓄電池相比,磷酸鐵鋰蓄電池在電動工程車輛中應用時,存在以下突出優勢:
1 大幅提高了蓄電池的使用壽命
在合理充放電的情況下,磷酸鐵鋰蓄電池的循環使用壽命是鉛酸蓄電池的3~4倍,是替代鉛酸電池的理想能源。
2 充電快速,提高整機使用效率
可快速充電,同時,磷酸鐵鋰電池無記憶性,可隨充隨用,無需先放完再充電,用戶可根據自己的使用要求隨充隨用,大大提高了電動車輛的實用性和方便性。
3 高比功率、高比能量
高比能量的磷酸鐵鋰蓄電池的工作時間是同等質量鉛酸電池的3~4倍,同時減少了工業車輛運行作業的“虛功”。高比功率擺脫了電池體積、重量的限制,外觀設計更加靈活,使電動車更具個性化、人性化,因為質量小,平時可隨車攜帶備用電池,如此一來,工業車輛的使用率幾乎可達100%。
4 輸出特性好
鉛酸蓄電池會因電容量的下降而影響到輸出電壓,導致驅動系統運行能力降低;磷酸鐵鋰蓄電池完全沒有這一顧慮,因為它只有在電容量剩余10%左右時,電壓才會開始下降,而在此之前,電壓都是保持穩定。
5 綠色環保
磷酸鐵鋰材料無任何有毒有害物質,且在生產及使用中均無污染,是真正意義上的綠色環保產品,被世界公認為綠色環保電池,因此被列入“十五”期間的“863”國家高技術研究發展計劃。
風險分析
雖然磷酸鐵鋰蓄電池擁有很多優勢,但同時也存在使用安全性及可靠性的問題。由于磷酸鐵鋰蓄電池的比能量很高,在電動工業車輛多變的環境下使用時,容易出現著火等危險。此外,還需解決各單體電池之間的均衡電壓控制,以及在顛簸的作業路面上運行時,各單體電池間的連接可靠性等問題。
目前,市場上采用鉛酸、鎳氫、鎳鎘等動力電池居多,但隨著近幾年的使用推廣,這些曾經風靡一時的電池逐漸暴露出各自的弊端,例如,鉛酸電池的比能量低,循環壽命短,比功率低,需經常維護;錳酸鋰、鈷酸鋰電池濫用測試時容易導致熱失控(同時釋放助燃劑氧),進而起火、爆炸。由此可見,選用適合的蓄電池作為動力電源非常重要。經濟性分析