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锂:能源界的小个子大明星

2017-11-10 10:16  来源: 科普中国-科学原理一点通

我们知道,手机里的电池一般都是锂电池。那么,什么是锂呢?

 

手机

 

锂是一种银白色的金属元素,质软,是密度最小的金属,被人们用于原子反应堆、制轻合金及电池等。

锂是可燃的金属,1克锂和氧气发生反应时,会释放43.18千焦的热量,比铝的足足多了1.72倍。不过,这个现象也只能表明锂是一种“高能金属”。

锂被人们称为“能源之星”,多半是因为它在原子能领域中的优秀表现。我们之所以能看到发光发热的恒星,释放出能量惊人的氢弹,都是因为核聚变的存在。不过,如果想把核聚变拿来为人类服务,在可控条件下实现能量的稳定输出,而不是在瞬间爆发殆尽,就要实现受控核聚变。

现在,人们研究得最成熟、最深入,实现的可能性最大的要数氢的两种同位素——氘和氚的聚变反应了。氘也叫重氢,含氘的水叫重水,可以从海水中提取。海水中重水含量大约占了0.015%,虽然这个数字很小,但是海水的总量是非常惊人的,所以氘的总量还是很可观的。可惜的是,地球上几乎看不到天然氚的影子,如果采用人工制取,不仅程序繁琐,成本也非常高。不过,这并不意味着核聚变就遥不可及。

聪明的科学家另想办法,经过多次研究发现,当一个中子击中锂的同位素的一个原子后,会发生裂变反应,变成一个氚原子和一个氦原子。而我们可以从自然界中众多含锂的矿物中冶炼得到锂,因此,核聚变反应的物质基础就形成了。另外,在天空中实现“瞬间辉煌”的氢弹也是以氘化锂作为燃料的。

 

氢弹

 

目前,受控核聚变仍有大量的困难无法解决,离实际应用还有很长的一段路要走。而在日常生活中,锂的衍生品——锂电池为我们的生活提供了强有力的能源支持。

按照字面意思理解,锂电池就是指含有锂的电池。锂电池有两类:一类是锂金属电池,属于一次电池,通常是不可充电的;而锂离子电池是可以充电的,属于二次电池。在心脏起搏器等设备中,需要使用一种体积小、能量高、一次使用寿命长的电池。作为一种高能化学电池,锂电池正好满足了这些要求。

 

锂电池

 

更多时候,可以反复充电的二次电池更能满足人们的需求,比如手机、笔记本电脑、摄像机、数码相机。和其他种类的可充电电池相比,锂离子电池重量轻、体积小、工作电压高、寿命长、自放电率低、充放电快,成为许多电子产品的首选。另外,锂离子电池没有记忆效应,在充电前不必考虑电池中的电是否用完,可随时充电。

此外,金属锂与铝、镁等金属能制成超轻的铝锂合金、镁锂合金。对于航空航天工业来说,更轻的材料不仅可以带来更快的飞行速度和更大的承载能力,而且能节省大量能源。以上种种优势都证明,锂确实是名副其实的“能源之星”。

 

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作者: 科学原理一点通   [责任编辑: 吕芮光]