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电池”，也被人叫做“放射性同位素温差发电器”或“原子能电池”。这种 温差发电器是由一些性能优异的半导体材料，如碲化铋、碲化铅、锗硅合金 和硒族化合物等，把许多材料串联起来组成。另外还得有一个合适的热源和 换能器，在热源和换能器之间形成温差才可发电。 238 90 60 核电池的热源就是钚 、锶 、钴 等放射性同位素。它们在蜕变过程 中会不断以具有热能的射线的形式，向外放出比一般物质大得多的能量。这 种很大的能量有两个令人喜爱的特点。一是蜕变时放出的能量大小、速度， 不受外界环境中的温度、化学反应、压力、电磁场的影响，因此，核电池以 抗干扰性强和工作准确可靠而著称。另一个特点是蜕变时间很长，这决定了 核电池可长期使用。 核电池的核心是换能器。目前常用的换能器叫静态热电换能器，它利用 热电偶的原理在不同的金属中产生电位差，从而发电。它的优点是可以做得 很小，只是效率颇低，目前热利用率只有10％～20％，大部分热能被浪费掉。 在外形上，核电池虽有多种形状，但最外部分都由合金制成，起保护电 池和散热的作用；次外层是辐射屏蔽层，防止辐射线泄漏出来；第三层就是 换能器了，在这里热能被转换成电能；最后是电池的心脏部分，放射性同位 素原子在这里不断地发生蜕变并放出热量。 第一个核电池是在1959年1月16日由美国人制成的，它重1800克，在 280天内可发出11.6度电。在此之后，核电池的发展颇快。1961年美国发射 的第一颗人造卫星 “探险者1号”，上面的无线电发报机就是由核电池供电 的。1976年，美国的 “海盗1号”、 “海盗2号”两艘宇宙飞船先后在火星 上着陆，在短短5个月中得到的火星情况，比以往人类历史上所积累的全部 情况还要多，它们的工作电源也是核电池。因为火星表面温度的昼夜差超过 100℃，如此巨大的温差，一般化学电池是无法工作的。 大海的深处，也是核电池的用武之地。在深海里，太阳能电池根本派不 上用场，燃料电池和其他化学电池的使用寿命又太短，所以只得派核电池去 了。例如，现在已用它作海底潜艇导航信标，能保证航标每隔几秒钟闪光一 次，几十年内可以不换电池。人们还将核电池用作水下监听器的电源，用来 监听敌方潜水艇的活动。还有的将核电池用作海底电缆的中继站电源，它既 能耐五六千米深海的高压，安全可靠地工作，又少花费成本，令人十分称心。 在医学上，核电池已用于心脏起搏器和人工心脏。它们的能源要求精细 可靠，以便能放入患者胸腔内长期使用。以前在无法解决能源问题时，人们 只能把能源放在体外，但连结体外到体内的管线却成了重要的感染渠道，很 是使人头疼。现在可好了，眼下植入人体内的微型核电池以钽铂合金作外壳， 238 内装150毫克钚 ，整个电池只有 160克重，体积仅 18立方毫米。它可以 连续使用10年以上，如换用产生同样功率的化学电池，则重量几乎与成人的 体重一样。 你完全不必担心埋植在体内的核电池影响身体健康。国际放射防护委员 会规定的允许辐射剂量为每人每年500毫雷姆。带夜光手表一年接受的辐射 剂量为1毫雷姆；进行一次心肺透视为40毫雷姆。植入核电池的人体一年内 所接受的辐射总剂量只相当于进行一次胸部X光透视的剂量，这当然是十分 安全的。
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燃料电池 燃料电池虽然是电池家族的成员，然而它与干电池、蓄电池都不同。它 的化学燃料不是装在电池的内部，而是储存在电池的外部，可以按电池的需 要，源源不断地提供化学燃料，就像往炉膛里添加煤和油一样，所以人们将 它称为燃料电池。 实际上，燃料电池能把燃料所具有的化学能连续而直接地转变成电能， 其发电效率比现在应用的火力发电还高。因此，将它称为 “新型发电机”似 乎更合适些。但它又比一般的发电机优越，在发电的同时还可获得质量优良 的水蒸气。也就是说，燃料电池既能发电，又可供热，因而其总的热效率可 望达到80％。 燃料电池的原理早在100多年前就被人们发现了。后来到1932年，科学 家在理论上进行了论证，为研制现代燃料电池打下了基础。1958年，燃料电 池便正式问世了。它的输出功率为5千瓦，工作温度为 200℃，所产生的电 力足以开动风钻和电车。60年代，燃料电池作为“阿波罗”等宇宙飞船的电 源，为宇宙开发立下汗马功劳。近年来，能输出直流电4.8兆瓦的燃料电池 发电厂的试验已获成功，人们正在进一步设计11兆瓦的燃料电池发电厂。 燃料电池在结构上与蓄电池相似，也是由正极、负极和电解质组成。正 极和负极大都是用铁和镍等隋性、微孔材料制成。从电池的正极把空气或者 氧气输送进去，而从负极将氢气、碳氢化合物、甲醇、甲烷、天然气、煤气 和一氧化碳等气体燃料输送进去。这时，在电池内部气体燃料和氧发生电化 学反应，于是，燃料的化学能便直接转变成了电能。 燃料电池的电化学反应原理是，氢气与氧在25℃发生氧化反应，生成水 并放出热能，其反应式为： 1 H 2 + O2 →H 2 O （气）+ 241.8千焦耳 2 在负极 （即氢电极）上： + - H→2H+2e 2 在正极 （即氧电极）上： 1 - 2H + + O + 2e →H O 2 2 2 作为燃料的氢在负极上与电解质一起进行氧化反应，生成带正电的离子 + - （H）和带负电的电子 （e）；而电子通过外电路跑到正极上，与作为氧化 剂的氧和电解质一起进行还原反应，最后生成带负电的离子。带电正离于和 负离子在电解质中结合而生成水蒸气。因此，只要不断地把燃料供给电池， 并及时把电极上的反应产物和废电解质排走，就能源源不断地提取电能和水 蒸气。 燃料电池与一般的火力发电相比，具有以下优点： 一、发电效率高，而且稳定。一般的火力发电的能源转换效率只有30％～ 40％，而燃料电池在所有发电装置中转换效率是最高的，目前已达到50％～ 70％，预计将来可达到80％。 二、工作可靠，也不产生污染和噪音。燃料电池在反应过程中只产生水 蒸气，所以不会污染环境。由于它没有运动部件，自然不会产生噪音。 三、使用方便，电损耗低。燃料电池可以安装在用户跟前，既简化了输
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电设备，又降低了输电线路的电损耗。 四、建发电站用的时间短，而且还可根据需要随时扩大规模。燃料电池 本身是由模式组合件构成的，几百千瓦的发电部件可以预先在工厂里做好， 然后再把它运到燃料电池发电站去进行组装。因此，可大大缩短建站时间， 而且电站规模可随着电力需求量的增加而不断扩大。 五、它的体积小、重量轻、使用寿命长，单位体积输出的功率大，可以 实现大功率供电。 目前，燃料电池主要在宇航工业、海洋开发和电气货车、通讯电源等方 面得到实际应用。例如，美国的一艘潜艇用肼燃料电池代潜铅蓄电池后，潜 水时间增加了3倍。 美国在70年代初期，建成了一座1000千瓦的燃料电池发电装置。随后， 这套发电装置并入电网运行，成功地运行了1000多个小时。目前，美国的一 些住宅区和商业区已开始用上40千瓦的燃料电池。这种电源装置结构简单， 使用维修方便，又不污染环境，因而很受用户欢迎。日本也在研制燃料电池， 并在80年代初研制成功0.48万千瓦的磷酸电解质电池。 现在已研制出一种新型高效能燃料电池，不仅价钱便宜，而且体积小， 重量轻，污染少。这种由片状陶瓷制成的新型燃料电池，它的每个陶瓷片都 由几层陶瓷组成。在陶瓷层间有许多微小的小三角形通道，燃料和空气分别 从这些通道中流过，并穿过陶瓷薄壁而相互进行电化学反应。这种燃料电池 的工作温度高达 800～1000℃，足以将所有的轻质碳氢燃料分解成有用的氢 和一氧化碳。这样，像汽油、酒精、煤气等都可作为这种燃料电池的燃料， 从而扩大了它使用燃料的范围。 目前，这种高效能的燃料电池还处在研制阶段。人们预计，用来推动汽 车的小型陶瓷燃料电池将会在21世纪初得到实际应用。它的大小与现在汽车 上的大蓄电池相似，可以输出50千瓦电力，供开动车辆使用。预计，这种新 颖的陶瓷燃料电池还将在许多方面发挥作用。
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前途广阔的人造能源 1988年初，北京煤炭利用研究所研制的易燃煤饼，已跨洋过海，远销美 国等一些国家。这种煤饼用一根火柴即可点燃，而且无烟、无味、燃烧时间 长，热量大，因而受到用户的欢迎。易燃煤饼实际上是一种用化学合成方法 生产的人造能源。这种人造能源是继初级能源、第二能源之后出现的第三能 源。 近年来，由于煤、石油等常规能源的供应日趋紧张，因而使人造能源得 到了迅速的发展。现在，它已成为能源大家庭中的一位新成员。 有一种叫做 “六甲四固体燃料”，就是用化学合成方法制成的一种人造 能源。它的主要原料是六亚甲基四胺和液氨，所以简称“六甲四固体燃料”。 这种燃料一般压成块状使用。它在燃烧时所产生的热值比一般煤炭几乎高出 1倍，火焰温度可达730℃，而且燃烧时不产生烟灰，不放出有毒气体，不污 染环境，燃烧后也不留灰渣，可以说是一种清洁而又效能高的燃料。然而， 它最使人感兴趣的是耗用量小。例如，一个三口人的小家庭，每天三顿饭只 需用200克的六甲四固体燃料，1个月所用的燃料，相当于几包盒装饼干那 样大，搬运、使用非常方便。 工业下脚料如锯末、砻糠、酒渣和农作物收获后剩下的秸杆、稻草等， 都是生产人造能源的好原料，而且来源很广。通常，将它们炭化或粉碎后， 加入少量的六亚甲基四胺，就可制成块状、球状或蜂窝状的秸杆固体燃料。 它燃烧时放出的热量与煤相当。但它使用方便，用火柴就可点燃，而且燃烧 时无烟，无味，燃烧后留下的残渣也很少。 我国西北农业大学研制成一种将作物秸杆加工成固体燃料的成型机。这 种机器能把麦草、玉米杆等加工成蜂窝煤状、球状、棒状等各种固体燃料， 可大大提高燃料的热效率，比一般木材耐烧。一些专家认为，这种作物秸杆 固化成型机能改变农村生活用能方式，有着广阔的发展前景和重要的推广价 值。由这种机器加工成固体燃料，实际上是一种生产方法较简单的人造能源。 六甲四固体燃料和秸杆固体燃料，是崭露头角的两种新型燃料。在不远 的将来，它们将会成为广泛使用的一种现代化燃料。点燃这两种固体燃料， 需要使用专门制造的固体燃料灶具。这种灶具，容易点燃和熄火，而且起火 快，火力旺，火焰能随时调大调小，还不产生烟和气味。在火力大小、使用 方便和清洁卫生方面，它可以和现代的电灶、微波灶、红外灶媲美。 这种固体燃料灶具，制造方便，成本较低，仅为石油液化气灶成本的 1/10。它的体积小，容易搬运，也是野炊用的理想灶具。 制造固体燃料用的六亚甲基四胺，一般中小型化工厂都可生产，原料来 源也比较丰富。它是采用甲醇、水、空气和氨合成的。有些生产合成氨的氮 肥厂，将设备改造一下，就可生产甲醇和氨，再增加些简单设备，就能生产 六亚甲基四胺和固体燃料了。由此可见，将来氮肥厂兼营固体燃料或者转产 固体燃料，当是一条前途光明的捷径。 现在，人们的生活越来越丰富多采，然而每天消耗在演奏 “锅、碗、瓢、 盆交响曲”的时间却有点过长了。有了这种使用简便、清洁卫生的人造能源， 就能将人们从繁忙的家务劳动中解放出来，特别是生活在广大农村的人们， 都盼望着这一天早日到来。
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海洋能的利用 辽阔而浩瀚的海洋，不仅使人心旷神怡，而且使人迷恋和陶醉。然而， 大海最诱人的地方，还在于它蕴藏着极为丰富的自然资源和巨大的可再生能 源。那波涛汹涌的海浪，一涨一落的潮汐，循环不息的海流，不同深度的水 温，河海水交汇处的盐度差……都具有可以利用的巨大能量。另外，从占地 球表面积约70％的海水中，还可以取得丰富的热核燃料和氢。 海洋能主要来源于太阳能，其他则是由于地球与别的天体相互作用而产 生的。它的分布地域广阔，能量比较稳定，而且变化有一定规律，可以准确 预测。例如，潮汐的变化有一定的周期性，海水温差和海流随季节而变化。 目前，世界各国有关海洋能源的研究和利用还处于初始阶段，因而海洋 能属于有待开发利用的新能源行列。其中，对于潮汐能的开发技术较成熟， 已进入技术经济评价和工程规划阶段；波浪能的利用处于试验研究阶段；海 洋热能的利用正在进行工程性研究；海流和盐度差能的利用，仅处于原理研 究阶段。 我国海洋能资源非常丰富，而且开发利用的前景广阔，如果将我国的海 洋能资源转换为有用的动力值，至少可达1.5亿千瓦，相当于我国目前电力 总装机容量的2倍多。在海洋能的开发利用方面，当前我国还仅仅处于起步 阶段，一些沿海地区先后研制成了各种试验性的发电装置，并建成了试验性 的潮汐电站等，为今后进一步开发利用海洋能源打下了基础。 全世界海洋能的总储量，约为全球每年耗能量的几百倍甚至几千倍。这 种海洋能是取之不尽、用之不竭的新能源，它将在造福于人类方面，发挥重 要的作用。 海洋潮汐发电 一望无际，水天相连的海面总是会波涛汹涌、巨浪此起彼伏。奔波不停 的海水，时进时退。海水这种按一定时间作的有规律的涨落运动有些像人类 进行的呼吸。这就是人们常说的潮汐现象。 海洋的潮汐，是由于月亮、太阳对地球上海水的吸引力和地球自转而共 同引起的海水周期性、有节奏的垂直涨落现象。通常，将海水白天涨落叫 “潮”，晚上涨落叫“汐”，合称为“潮汐”。由于月亮离地球较近，它对 海水的吸引力约为太阳的2.17倍，因此，月亮对海水的吸引力是产生潮汐的 主要原因。潮汐每天发生，循环不已，永不停息。 潮汐中隐藏着巨大的能量。在涨潮的过程中，汹涌而来的海水具有很大 的动能，随着水位的上升，动能转化为势能；在落潮的过程中，海水奔腾而 去，水位渐低，大量的势能又转化为动能。海水在涨落运动中所包含的大量 动能和势能被称为潮汐能。 海水的潮汐能是非常大的。潮汐涨落形成的水位差一般仅几十厘米，但 在喇叭状海岸或河口的地区，潮差就比较大。例如，加拿大的芬地湾、法国 的塞纳河口，我国的钱塘江口，英国的泰晤士河口、巴西的亚马孙河口、印 度和孟加拉国的恒河口等，都是世界上潮差较大的地区。其中芬地湾的潮差 最高达18米，是世界上潮差最大的地方。 海水潮汐能的大小随潮差而变，潮差越大，潮汐能也越大。据初步估计，
全世界海洋蕴藏的潮汐能约有27亿千瓦，每年的发电量可达33480万亿度。 所以，人们将潮汐能称为 “蓝色的煤海”。目前，世界上许多国家都建造了 潮汐发电站，如法国、英国、美国、加拿大等，其中以法国的朗斯潮汐电站 为最大，它的总装机容量达24万千瓦。 潮汐发电的主要优点是：“首先，它不用占耕地，也不用淹没大量良田； 其次，它不受气候条件影响，又不会造成环境污染；再次，潮汐电站的堤坝 较低，容易建造，投资也较少。 潮汐能是一种非常丰富的天然能源，有待于我们的进一步开发利用。相 信不久，潮汐电站会像明珠一样镶嵌在世界各地的河口和海湾上，点缀着美 丽的大海，同时又为人类造福。 海浪发电技术 如果说潮汐象征着海洋在不停地进行 “呼吸”，那么海浪应该是海洋时 刻跳动不息的强劲的脉搏。大海从未有过片刻的平静，无风时微波荡漾，有 风时巨浪拍岸。 海浪的高度一般虽然超不过20米，可是它冲击海岸时却能激起六七十米 高的浪花。这浪花曾将斯里兰卡海岸上一个60米高处的灯塔击碎，也曾把法 国契波格海港的3吨半重物抛过60米的高墙——海浪蕴藏着巨大的能量。据 测试，海浪对海岸的冲击力每平方米达20吨～30吨，最大甚至达60吨。因 此，人们早在几十年前就开始研究海浪能的利用了。全世界所具有的海浪能 高达25亿千瓦，与潮汐能相近。 1964年，日本制成了世界上第一个海浪发电装置——航标灯。虽然这台 发电机发电的能力仅60瓦，只够一盏灯使用，它却开创了人类利用海浪发电 的新纪元。 利用海浪发电，既不消耗任何燃料和资源，又不会产生任何污染，因而 是一种干净的发电技术。目前，世界上已有几百台海浪发电装置投入运行， 但它们的发电功率都较小，需要进一步开发利用。海浪能是人们可以从海洋 中获得的重要能源，也是一种急待开发利用的现代新型能源。 海水盐差发电 我们都知道，海水里面溶化了不少矿物盐。因此，有一种苦咸味，这给 海上生活的人们用水带来了一定的困难。然而，这苦咸的海水可以用来发电， 你知道吗？ 在大江大河的入海口，即江河水 （淡水）和海水（咸水）相交融的地方， 淡水和咸水就会自发地扩散、混合，直到两者含盐浓度相等为止。在混合过 程中。含盐浓度高的海水以较大的渗透压力向淡水扩散，而淡水也以较小的 渗透力向咸水扩散。这种渗透压力差将产生能量，称为海水盐浓度差能，或 者叫做海水盐差能。 实验表明，许多江河入海口处的海水渗透压力差相当于240米高的水位 落差。在约旦河流入死海的汇合处，海水盐差更为可观。 海水盐差能是由于太阳辐射热使海水蒸发后浓度增加而产生的。被蒸发 出来的大量水蒸气在水循环过程中，又变成云和雨，重新回到海洋，同时放
出能量。据计算，全世界的海洋盐差能资源高达30亿千瓦。 如何利用如此丰富的海水盐差能呢？人们设想了利用化学中浓差电池的 原理，以电化学的方法把盐差能转换成电能的办法。根据这种电池的原理， 只要有大量浓度不同的海水和淡水相混合，就可以释放出巨大的能量来。但 是，这种方案实现起来有许多技术问题，一时还难以解决。所以，这种发电 办法目前在实际中还未得到应用。 由于海水盐差能的蕴藏量十分巨大，世界上许多国家，如日本、美国、 瑞典等，都正在积极开展这方面的研究和开发利用工作，我国也很重视。据 估计，我国在河口地区的盐差能约有1.6亿千瓦。
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