镁锌钠电池受追捧 无“锂”也能行天下

  如今,锂电池已成为日常生活中不可或缺的设备,广泛应用于手机、电脑、可穿戴设备、新能源汽车等领域,几乎是“有锂走遍天下”。但锂电池也存在明显的缺点:成本高、且用于生产锂电池的原材料储量少等。

  鉴于此,不少国家的政府和企业纷纷加快步伐,布局“后锂电池”时代,比如欧洲有些机构致力于研制镁电池和锌电池、宁德时代推出了钠电池等。正如《日本经济新闻》杂志网站在近日报道中指出的,围绕锂电池替代品的全球竞赛已经开始!

  锂电池成本高

  锂电池诞生于上世纪60年代,上世纪90年代开始由日本索尼公司实现商业化,与其“前辈”镍氢电池、铅酸电池相比,能存储更多电能,如今已经飞入寻常百姓家,广泛应用于新能源汽车、个人电脑、智能手机等产品;它还可以储存太阳能和风能,让无化石燃料的世界成为可能。

  鉴于锂电池为人类作出的巨大贡献,2019年,三位“锂电池之父”荣膺诺贝尔化学奖,锂电池也成为今天蓄电池行业的“当家花旦”。

  但锂电池的最大缺点就是成本高。只是用在智能手机上还好,如果需要大规模储存电能的话,就需要相应的大型电池。日本经济产业省的资料显示,如果想让锂电池蓄电系统的蓄电成本达到与抽水蓄能电站持平的2.3万日元(约合1280元人民币)/千瓦,简直就是痴人说梦。

  此外,锂电池原材料锂、镍、钴的产地分布极度不均,且全球的锂和钴矿藏并不能完全用于生产。锂在地壳中的储量为0.0065%,全球储量仅有8600万吨;相比之下,钠、镁、锌的储量要高得多:钠在地壳中的储量为2.74%,仅中国柴达木盆地的钠盐储量就达到3216亿吨;而镁在地壳中的含量更是高达13.9%。

  候选元素前景看好

  因此,科学家们将目光投向了镁、锌、钠等元素。

  例如,英国剑桥大学、丹麦和以色列的知名理工科院校、德国和西班牙的研究机构共同发起了一个名为“欧盟镁交互电池共同体”(E-Magic)的研究项目。这个为期4年的前瞻性项目得到了欧盟的资金支持,目标是研发能量密度超过1000瓦时/升(相当于锂电池2倍)的、对环境友好的可充电镁电池。

  研究人员称,这种电池以金属镁作为负极,由于一个镁离子携带两个电子,与只能携带一个电子的锂离子相比,镁电池的容量翻了一番,目前研制成功的镁电池已经可以反复充放电500次以上。

  据悉,2020年,美国休斯顿大学姚彦教授课题组联合北美丰田研究中心成功研发出一种非常有前景的高能量镁电池,其潜在应用范围包括电动汽车、可再生能源系统的储电池等。虽然眼下这款电池连续充放电只有200余次,但研究团队认为,他们已为更安全、性能更高的镁电池找到了研究方向:正极使用有机化合物、负极使用芘四酮(PTO)实现快速且可逆的氧化还原过程,基于硼团簇的弱配位电解质则使离子运动更快。这种先进的阴极和电解质设计对镁电池的发展具有重大的指导意义,并将加速镁电池技术的商业化步伐。

  此外,日本东京都立大学教授金村圣志野研发出正极使用氧化锰、负极使用金属镁的电池。《日本经济新闻》报道指出,虽然与锂电池相比,目前镁电池的性能还处于较低水平,但其潜力值得挖掘。未来,研究人员将着重解决电解液的改性问题,并加强电极材料的研究。

  和镁同样引人注目的还有锌。日本东北大学小林弘明副教授和本间格教授研发的新型锌离子电池使用水溶液作为电解液,取代了传统的有机溶剂,降低了电池起火的风险。来自美国西北太平洋国家实验室和德国明斯特大学的研究人员也合作研发出一种“锌金属双离子电池”,该电池由锌阳极、天然石墨阴极和双离子盐水溶液组成。

  今年7月,中国宁德时代公司发布了一款钠电池,具备迄今全球最高的能量密度和超快充特性(15分钟可充电80%),预计宁德时代将不断提升钠电池的能量密度,并有望于2023年形成基本产业链。

  锂电池挖潜大有可为

  尽管各种替代性技术研究如火如荼,但从目前的发展情况来看,无论是镁电池、锌电池还是钠电池,在技术和材料方面仍有很多难题需要解决。比如,镁离子体积小、电荷密度大、极化作用强,难以插入到多数基质中去,较难形成嵌入式化合物。因此,可供选择的正极材料受限。

  鉴于此,也有科学家致力于深入挖掘锂电池的潜能,改善锂电池的性能,研发质量更好的锂电池。

  据《日本经济新闻》报道,日本汤浅公司与关西大学合作,开发出一款以硫作为正极活性物质的锂硫电池,其质量能量密度可达现有锂电池的2倍左右——目前常用于纯电动汽车的锂电池质量能量密度约为200—300瓦时/千克,而此次开发的锂硫电池质量能量密度则超过了370瓦时/千克。

  研究人员解释说,理论上相同尺寸情况下,锂硫电池的容量可达传统锂电池的8倍,但却存在电导率低、中间产物易溶于电解液等问题,而他们最新研制出的锂硫电池采用了有微孔的碳粒,规避了上述两个问题。汤浅公司表示,希望到2023年能将其锂硫电池的质量能量密度提至500瓦时/千克。

  来源:科技日报

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《净土大经科注》第一九九集

  诸位法师,诸位同学,请坐。请大家跟我一起皈依三宝:阿闍黎存念,我弟子妙音,始从今日,乃至命存,皈依佛陀,两足中尊;皈依达摩,离欲中尊;皈依僧伽,诸众中尊。阿闍黎存念,我弟子妙音,始从今日,乃至命存,皈依佛陀,两足中尊;皈依达摩,离欲中尊;皈依僧伽,诸众中尊。阿闍黎存念,我弟子妙音,始从今日,乃至命存,皈依佛陀,两足中尊;皈依达摩,离欲中尊;皈依僧伽,诸众中尊。

  请看《大经科注》第五百零五页倒数第三行,「庚九、庄严妙乐」。下面有五愿,这是第三十七愿,「衣食自至愿」。请看经文:

  【我作佛时。生我国者。所须饮食。衣服。种种供具。随意即至。无不满愿。】

  我们看念老的注解。这一段容易懂,是我们日常生活。在这个世间,为日常这些琐碎的事情要费很多心思,要费很多时间,没有法子离开的。阿弥陀佛想到了,到极乐世界给我们一切方便,『随意即至』,想什么什么就现前,不需要一点操心,这得大自在。需不需要储藏?不需要。用过不要就不见了,就没有了;需要用的时候,想什么,什么就来了,这真叫得大自在。看念老的注解,右面经文第三十七,「衣食自至愿」。「饮食衣服见《宋译》」,这是说经文的来由都有根据的。『种种供具』,这一句《唐译》的,「又《汉译》第二十三愿曰:我国诸菩萨欲饭时,则七宝钵中,生自然百味饭食在前,食已」,吃完了,空钵自然就不见了。所以也不要去洗刷,也不需要找个地方去放它,它就没有了,要用的时候它就来了,不用的时候就不见了。这个道理我们世界的科学家知道,知道有这种可能,但是不知道用什么方法才能做到,这就是能量跟质量的转变。能量在宇宙当中遍满一切时一切处,取之不尽,用之不竭。物质是能量变的,我需要就变现出来,我受用,用完回归能量,没有了。能与量的转变,科学家知道有这个可能,但是不知道怎么做法。从这个地方看,极乐世界的科学比我们进步,我们这里做不到的,它那可以做到,确确实实所有一切物质现象随心所欲。住的房子,想大它就大一点,想小就小一点,想什么样子它就变什么样子,不要就没有了,一点都不碍事。《吴译》第十四愿跟这个讲的相同。「又《魏译》第三十八愿曰:国中天人欲得衣服,随念即至。如佛所赞应法妙服,自然在身。有求裁缝捣染浣濯者,不取正觉。」衣服不需要裁缝,它也不会肮脏,所以也用不著洗衣服。洗衣服也是很麻烦的一桩事情,现在虽然用机器,比过去人工要进步多了,可是机器也很麻烦,总是不能尽如人意。极乐世界这桩事情解决了,确实尽如人意,思衣得衣,思食得食。「今经备集五译文义」,完备会集五种译本的文字,「结成此愿,名为衣食自至愿」,结得好。

  「如《会疏》释《魏译》曰:佛本何故兴此愿」,阿弥陀佛他本著什么意思发这个愿?四十八愿是他发的。这经上说的,「见或国土」,我们相信这些事情不仅仅是这个地球上有,十方诸佛刹土有这些衣食住行的事情一定不少,很多,这是众生没福,「为衣食故,苦役万般。四时不宁处,一生疲贪求」,疲是疲劳,贪求。这是阿弥陀佛的慈悲,众生为衣食住行造不少业。下面就给我们点出来,「何况禾下丧数千生命」,这就是种植粮食,你看现在用农药、用化肥,杀的这些小虫不止数千,大量的杀生。但是害虫是杀了,益虫也杀了,粮食虽然多收了一些,粮食里面带的有毒素,人要是常常吃这种食物,慢慢就变成病毒。所以经上讲「饮苦食毒」,我们现在看到了。在没有发明农药之前,没有感觉,现在看到农夫都用农药、都用化肥,看到这句经文感触很深。「镬中」,镬是锅,大的锅,就像鼎,镬是没有腿的,鼎是有三个足,没有足的称镬。锅里头,大锅,杀无量蚕子,这是取丝,取蚕丝,杀多少蚕子。这一件丝绸的衣服,多少蚕丝编织成就的。前面讲吃的,这里讲穿的,每一天吃的、穿的都跟众生结多少冤仇!佛菩萨知道,非常可怕。「依之沈迷无涯,受苦无穷」,这是人间相,佛看得很清楚。「是故愿言」,阿弥陀佛发的大愿,「我土圣众」,西方极乐世界,阿弥陀佛的净土,这里面所住的圣众,只要是往生极乐世界都称为圣众。为什么?下下品往生,生到极乐世界,花开见佛,都得阿弥陀佛本愿威神加持。我们前面念过,第二十愿里头,「作阿惟越致菩萨」,阿惟越致菩萨是法身菩萨,所以叫圣众。不但实报土是圣众,方便土也是圣众,同居土还是称圣众。我们对这些事实真相搞清楚、搞明白了,然后真正觉悟、明白,这个地方非去不可。

  往生到西方极乐世界就成佛、就成菩萨,一生就办成,这是净宗的殊胜。所以阿弥陀佛被一切诸佛尊称为光中极尊、佛中之王,其他诸佛如来没想到的,阿弥陀佛全想到了。他怎么想到的?他是用五劫的时间去观光考察,一切诸佛刹土他都去了,取长舍短,诸佛刹土里面好的他取了,不好的他都不要,所以极乐世界就胜过一切诸佛刹土。建立干什么?为接引有缘众生,成就有缘众生。什么叫有缘众生?能相信有极乐世界,极乐世界有阿弥陀佛,阿弥陀佛四十八愿帮助一切苦难众生,上面到等觉菩萨,下面到地狱众生,只要你能信能愿,一向念佛,往生净土你就能成就,这叫有缘众生。於是我们就晓得,世尊千经万论,终极的目标是什么?读了千经万论,对於佛说这个法门,你信心十足。如果对经教不够透彻,你听了这个法门还有怀疑,怀疑就不能往生;真正相信,没有怀疑,决定得生。所以善导大师为我们说,「诸佛所以兴出世,唯说弥陀本愿海。」你要把它看清楚、看明白,一切诸佛出现在世间为的什么?真的就是为说这部经,就是教导我们信愿持名,一向专念,往生作佛去了,佛度众生的目的达到了。我们往下面看,「是故愿言,我土圣众,衣食住宅,随意现前。著衣吃饭,皆助道法也」。

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