陈超　余高枫

摘要：21世纪人类面临着严峻的能源、资源和环境危机的挑战。绿色化学作为一个化学研究的前沿，正在迅速地崛起。本文主要探讨绿色能源在电池和新材料中的应用。

关键词：绿色化学；绿色电池；新材料

绿色化学化工技术追求采用“原子经济”反应，采用“原子经济”反应，即原料分子中的每一个原子都转化成产品，没有副产品及废物的产生，完全实现“零排放”；原材料不采用有毒或有害的材料，使用无毒无害的催化剂和溶剂，以生产环境友好产品为目标。

一、 绿色化学在绿色电池中的应用

新型绿色环保电池具有高性能、无污染的特点，其中包括金属氢化无镍蓄电池、锂离子蓄电池、燃料电池、无汞碱性锌锰原电池、电化学贮能超级电容器等等。目前已广泛应用的太阳能电池也是一种绿色环保电池。新型绿色化学电池具有巨大的市场潜力，社会多方人士，包括学术界、工业界和金融界，都在投入大量人力、物力、财力进行技术的研究以及产品研发。新型绿色化学电池不仅促使中国新兴电子产业的形成，还对国防、化工材、电子、交通、通信等多个领域带来巨大的推进作用。

（一） 氢能

氢能是一种清洁、高效的能源，用于燃料电池时其能源转化效率在50%以上，而传统高效柴油机的能源转化效率只有30%左右。近年来一些发达国家纷纷加大对氢能和燃料电池技术的研发，特别是在实现道路交通与能源安全和环境保护的可持续协调发展方面，进行了有益的探索和尝试，并取得了一定成效。

（二） 锂离子蓄电池

锂离子蓄电池由三部分构成，其碳负极具有使锂离子嵌入或脱嵌的作用，使用可逆嵌埋的金属氧化物作电池的正极，还有有机电解质。工作电压可达3～6V，也就是1個锂离子电池相当于3个镉镍或金属氢化物镍电池。锂电池使用寿命长。不含有毒有害物质，被称为绿色电池，是目前手机、笔记本、数码产品中应用最广泛的电池，也现代高性能电池的代表。

（三） 燃料电池

燃料电池是一种绿色化学电池，工作原理是把燃料通过化学反应释放出的能量转换为电能输出，所以被称为燃料电池。它工作时需要连续地向其供给反应物质——燃料和氧化剂，燃料是氢气或含氢燃料，氧化剂采用氧气。燃料电池的优点有：清洁环保，产物是水；能量转换率较高，超过80%；容量大、比能量高、功率范围广、不用充电等。但由于成本高，系统比较复杂，仅限飞船、潜艇、军事、电视中转站、灯塔和浮标等特殊用途方面。目前燃料电池是电动汽车理想的动力源。

（四） 太阳能电池

太阳能电池，是利用半导体硅、硒等材料的光电效应，将太阳的光能转换成电能的器件。与其他发电方式相比，太阳能电池的突出优势在于：不需燃料太阳光能取之不竭），噪声小，环保无污染，转换效率较高，易于维护等等。太阳能电池的应用非常广泛，已从军事、航天领域进入工业、商业、农业、通信、家电以及公用设施等部门，尤其在边远地区、沙漠、海岛和农村使用，以节省造价很贵的输电线路。除以上外，一种具有极高的比功率，可实现大电流脉冲放电超级电化学电容器贮能技术正在得到广泛关注，并有相关产品问世。

（五） 其他

以下几种绿色电池正以极快的速度发展：锌空气电池和PEM燃料电池、聚合物电解质锂蓄电池、环保型无汞碱性锌锰原池、密封铅酸蓄电池、贮氢材料及金属氰化物镍蓄电池、镍氢电池等。

二、 绿色化学与新材料

新材料与绿色化学也有着密不可分的联系。一方面，通过绿色化学化工技术开发新材料，另一方面，新材料的应用又反过来促进绿色化学化工技术的发展。纳米材料可以制作成非常好的催化剂，用来治理环境的污染。如纳米钛酸钴是非常好的石油脱硫催化剂，纳米TiO2（锐钛型）是重要的降解有机污染物的光催化剂，复合稀土化合物的纳米级粉体可以使汽油燃烧时起催化作用而不再产生氮氧化物，而根本无需进行尾气净化处理。碳纳米管和纳米纤维是很好的储氢材料，并可以做成燃料电池驱动汽车，可有效避免因机动车尾气排放所造成的大气污染。因此，纳米材料不仅在污染源头预防而且在环境治理方面都有极大的潜力，这也是发展绿色化学的目的和要求。有机高分子材料在我国生产和使用规模很大，但是废弃物大部分不能自然降解，导致河流和空气污染，严重地威胁着人们的生存环境，同时造成巨大的资源浪费。所以，进行有机高分子材料生态设计和再生利用是人类生存环境的必要，同时也具有重要的政治与经济意义。在进行“生态材料”的绿色化设计时，应该遵循三大原则：（1）在生命周期内应具有对环境冲击负荷低、生命周期长、低成本的基本特点；（2）应具有多次利用或易再生利用的特点，能通过反序加工技术或还原技术还原成原料；（3）应具有低成本再生资源化和低成本回收的特点。在建筑材料中，绿色化学和技术生产绿色阻燃剂及阻燃材料的目标是其在整个生命周期（包括设计生产、销售、使用和后处理4个阶段）对4种不同的介质（生物、大气、水和土壤）都无影响或影响最小。今后绿色阻燃材料工业研究的重点应是开发新型环境友好的低烟、低毒无卤产品，采用环境友好的化学反应，在工艺过程中使用无毒无害的原料、溶剂和催化剂。

三、 结语

绿色化学被公认为是21世纪最重要的学科之一，它的发展将影响着能源与资源的合理使用，对资源和环境的保护起着重大的作用。绿色环保电池已经在国际上被公认为优先发展的技术。绿色材料也逐渐变得越来越重要。我国应该立足长远目标，大力发展绿色化学，使其为我国的可持续发展做贡献。

参考文献：

[1]徐宏宾.绿色化学在新能源电池中的应用[J].现代工业经济和信息化，2014，4（13）.

[2]王静康，龚俊波，鲍颖.21世纪中国绿色化学与化工发展的思考[J].化工学报，2004，55（12）.

作者简介：

陈超，余高枫，浙江省临安市，浙江农林大学。