效率高达32.57％！美国科学家研制出一种III-V太阳能电池

现如今锂离子电池在全球范围内用于方便是电子设备供电，给我们的生活带来了非常大的便利，现如今使用这些便携式电子设备进行通讯工作，学习听音乐和寻找知识都是非常方便的。而且离电池还促进了远程电动汽车的开发以及来自可再生能源。而对于2019年诺贝尔化学奖，如今也已经揭晓了，有三位科学家获得，这也是为了鼓励他们在锂离子电池的开发上做出的杰出贡献。

经过诺贝尔奖官网介绍，锂离子电池的基础是在1970年的石油危机期间奠定的，Stanley Whittingham致力于开发可能导致无化石燃料的能源技术的方法，他开始研究超导体，并且发现了一种能量非常丰富的材料，于是他将用于在锂电池中创建创新的阴极。这种东西他是二硫化钛制成的，该二硫化碳在分子水平上具有可容纳锂离子的空间，电池的阳极不菲由金属离制成，金属离具有非常强烈的释放电子的动力，因此这也就产生了一个电池。实际上电池具有很大的潜力，刚好超过两幅，但是金属离具有反应性电池爆炸性太大，所以基本上没有办法运用在现实生活中。

John Goodenough后来预测如果使用金属氧化物而不是金属硫物质的话，那么阴极将具有更大的潜能，所以在经过系统的搜索，他也就在1980年的时候证明了这一想法。证明嵌入锂离子的氧化钴可以产生多达4V的电压，对于这一向发现也是一个重大的突破，将给我们带来更强大的电池。

后来吉野彰的阴极基础在1985年的时候创建了首个商业上可以运用的锂离子电池，他没有在阳极中使用反应姓锂，而是使用了石油焦炭。对于这种碳的材料就像是阴极的氧化钴一样，可以嵌入到黎黎子当中，结果就是打造出了重量轻，坚固而又耐用的电池，在其性能下降之前可以充电数百次。

其实对于锂离子电池的优点就在于它不仅是基于分解电极的化学反应，而是基于锂离子在阳极和阴极之间来回流动。也正是因为如此，锂离子电池才会更加的耐用，而且储存量也会变得更高。也是在1991年之后，锂离子电池首次进入市场，改变了我们的生活。

在全球变暖趋势不断加剧，传统化石能源供应日趋紧张的形势下，各国政府在制定能源发展战略时纷纷提出要进一步开发和加大可再生能源的利用比例。但美国科学家的最新研究分析表明，可再生能源也许并不如想象的那样环保，发展可再生能源需要耗费大量的土地资源，最终的代价可能是环境遭到破坏。可再生能源是否是把“双刃剑”再次成为科学家们争论的焦点。 反对者：占地过多侵蚀自然 纽约洛克菲勒大学的杰西·奥索贝尔带领的研究小组在最新出版的《核能管理、经济和生态》杂志上发表论文称，他们对每一种可再生能源所占用的土地资源以及相对应的电力产出进行了考察分析。根据测算，生物质能和风能每生产1瓦或者2瓦电需要占用1平方米土地，要想改变全球能源供应格局，就需要兴建足够多的风电场以及拦河大坝，种植足够多的生物燃料作物，这势必会给自然带来巨大的侵蚀。 以美国为例，如果要满足2005年全美国的电力需求，必须在相当于得克萨斯州面积（约26.7万平方公里）大小的地方安装风力发电设施，并保持昼夜不停运转，才能保证供应。而纽约市所有的电力设备要想正常工作，也需要一个面积相当于康涅狄格州（约1.3万平方公里）的巨大风力发电场。 赞成者：所需土地其实有限 有些科学家则不认同奥索贝尔的分析结论，认为他采用能源密度（即每单位土地上的能源产出）作为唯一的衡量标准有失偏颇，不能够全面估算可再生能源对环境产生的影响。 美国国家可再生能源实验室主任研究员约翰·特纳表示，利用能源密度作为评估标准，不足以涵盖各种不同可再生能源的发展潜力。他说，如果用转换效率为10%的太阳能电池来为整个美国提供电力保障，那么只需要在亚利桑那州或者内华达州这种阳光充沛的地方安装1万平方英里（约合2.6万平方公里）的太阳能板就足够了，而整个美国大陆面积有370万平方英里，占用的土地面积不过是九牛一毛。而且，这仅仅只是采用了其中一种可再生能源技术。 是否环保：思路不同结论迥异 根据奥索贝尔的分析报告，如果美国以生物质能作为主要能源，那么爱荷华州965平方英里（约合2500平方公里）的可耕地都将被占用。如果利用太阳能，仅太阳能面板覆盖的土地面积就达到58平方英里（约合150平方公里），此外还要考虑兴建配套的储存工厂所占用的土地。因此他认为，太阳能和生物质能等可再生能源是“不环保的”。 对此，特纳表示，完全不必要在新的土地上建太阳能工厂，只需在现有建筑或房屋的屋顶上支起太阳能板，就能够满足全美国年电力需求的25%%。至于占地面积很大的风力发电场，实际上有95%%的地面是闲置的，可以合理利用土地，用来耕种农作物。 未来趋势：核能也是绿色能源？ 奥索贝尔认为，核能具有排放污染小的优势，是未来能源发展与利用的方向。他解释说，强调环保理念的能源政策有三大支柱，一是增进能源效率，二是利用碳捕获和封存技术，逐渐加大对天然气的依赖，第三就是发展核能。 特纳也赞同核能的发展潜力，但他提醒，核废料的处理不容忽视，应该在确保安全的前提下逐步推广。

核能不是可再生能源。尤其是现在我们已经使用核裂变能源，核裂变的元素是不可再生的。热核聚变能源可以说是近乎“可再生”的能源，为什么这样说呢，核聚变元素氢3来源于太阳，目前的地球上的氢3基本上是一个动态的平衡，这个同位素的半衰期大约是12.3年，由于衰变，和太阳风带来的量处于平衡状态。如果能够去使用的话，几乎对自然界中的氢3没有显著性的影响，所以可以称为“可再生” 能源，它的再生就是来源于太阳风的传送。

我们正尽情享用着能源带来的便利，但同时也在经受着二氧化碳带来的恐惧。气候变暖，气温上升，极端天气不断增加，地球气候面临崩溃的威胁，让很多有识之士昼夜难安，并为之做出了巨大努力。这其中有政治家的呼吁，更多的是科学家们不断的进取，希望以更清洁的绿色能源，来代替化石燃料，不再疯狂加热我们的大气层。

昨天，在《自然》杂志上就发表了一项研究，美国马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校的科学家们开发了一种设备，可以利用天然蛋白质，从空气中“无中生有”发电，无须休息，全天24小时不间断。科学家们认为，这项技术将可能对世界，包括可再生能源、气候变暖和医学等方面的未来，产生巨大的影响。

这项研究由该校电子工程师姚军（音）和微生物学家德里克·洛夫利领导。30多年前洛夫利在美国东部波托马克河的泥浆中，发现了地杆菌属（Geobacter）的微生物，他的实验室后来发现了它生产导电蛋白质纳米线的能力，此后就一直在对其进行研究。姚军则在哈佛大学用硅纳米线设计电子设备，两人的实验室在马萨诸塞州立大学阿默斯特分校联合起来，专注于用地杆菌生产的蛋白质纳米线来制造有用的电子设备。

经过多年的研究，科学家们设计出一种空气发电机，利用10微米厚的蛋白质纳米线薄膜，从空气中吸收水份，薄膜上的两个电极及纳米线之间的细孔，则将纳米线的导电性和表面化学性质结合起来，为电极之间产生电流创造了条件。

目前研究人员设计的发电设备，已经可以为小型电子设备供电，下一步计划开发为智能手表、身体健康监视器等可穿戴设备供电的设备，为手机充电的设备，而最终的目的是开发大型发电系统，比如应用到墙面漆中为家庭供电的空气发电机。

如果这项设备真的能够投入商业使用，将可能对未来产生巨大的影响，甚至彻底地改变未来。

首先它可以无中生有发电，完全环保没有排放；

二是无须阳光或风，可一周7X24小时发电，即使黑夜也无法阻挡它输出光明的脚步；

三是在撒哈拉等湿度极低的地区仍然可以发电；

四是最近研究人员已驯服了大肠杆菌，让它们也能生产蛋白质纳米线，从而可更迅捷更廉价地提供基础材料。

你是不是已经对这种设备充满期待了呢？未来我们或许可以把改良后的大肠杆菌制成服装，插上电极，直接穿在身上，让它们为我们的手机等设备充电，再也不需要每天背着充电宝东跑西跑了。

1.怎样利用可再生能源

可再生能源是清洁能源，是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源，它对环境无害或危害极小，主要包括太阳能、风能、水能、生物 质能、地热能和海洋能等。

以水能为例，广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源；狭义的水能资源仅指河流的水能资源。 水力发电厂以流水为动力，水涌入 涡轮机，涡轮机推动发电机产生电流。

只要有水源，水力发电厂可以运行若干年。 但它也不是完全没有问题的，拦截河流可能会破坏自然环境，造成严重后果。

尽管如此，许多科学家相信，人类将来还会拦截更多河流，比如说亚洲和非洲的大江大河。 对于一个发展中国家来说，建造大型水力发电厂对其经济的发展有着 决定性意义。

而另一方面，要考虑到水电厂对自然可能造成的破坏并不是件易事。许多人认为，在新的千年，生物能源会占有一席之地。

燃烧木材就是利用生物能源的一种形式，在贫穷国家尤为常见。在非洲的小村落，人们主要靠燃烧木材获 取能源。

这种燃料的大范围使用正是非洲森林遭到砍伐的原因之一。未来，人们还会继续燃烧木材，但不应砍伐原始森林，而是利用那些生长期短、专门用于获取能源的树木。

其他植物也能用做生物燃料，欧洲许多国家已经成功地用油菜籽提炼出菜籽油代替柴油。目前，欧洲有上千辆汽车使用菜籽油作为燃料。

生物燃料的最大优点在于，它们能代替化石燃料，并且不会增强温室效应。只要不断种植，新长成的植物就能吸收燃烧植物时产生的二氧化碳。

但生物燃料并不是完全洁净的，在燃烧时同样会产生有害物质，还有一个问题就是植物种植需要大量的空间。在21世纪，要想种植大量用于燃料的树木和油菜十 分困难，尤其是还存在粮食紧缺的问题。

在过去几十年，还有一种能源受到越来越多的关注，即风能。现代风车体积庞大，扇叶一般都有20米甚至更长，可以向20 ~ 30家住户供电。

风力发电有很多优点，它不会排放任何有害物质，只要地球上有风，就能不断产生电源。科学家预计， 欧洲的大部分能源需求都能通过风能解决。

因此，许多地方在风能利用方面投入越 来越大。荷兰被称做“风车的故乡”，20世纪90年代生产的风车有半数都产自荷兰。

2000年，整个荷兰用电量的1/20都来自风力发电，按这个趋势继续下去的话，到 2030年，荷兰用电量的一半都将由风力发电来满足。 风力发电存在的主要问题是选址。

每个风车之间必须间隔足够的距离，才能有效地产生能源。因此，一个大型的“风车园”会占用较大空间。

不过，风车占用的 地面面积很小，人们可以放心地将风车立在草场上，绵羊和奶牛在旋转的风车下吃 草和穿行毫无问题。在欧洲之外，风车的利用率明显低得多。

美国和日本主要使用其他能源，而对发展中国家来说，利用风力发电成本太高。另外也不能忘记，风车只能立在风力充 足的地方才有意义。

由此可见，地球上的大部分地区还是得寻求其他能源。只有你倾听之后，你才能向孩子提出自己的建议。

孩子也许表现出心不在焉，但调查表明大部分年轻人实际上都采纳了父母的建议。 S>4受，不能盲目照搬，也不能完全排斥。

2.请问什么是可再生能源

从自然界获取的、可以再生的非化石能源，对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用， 包括风能、太阳能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。

风能是指风所负载的能量，风能的大小决定于风速和 空气的密度。我国北方和东南沿海地区一些岛屿的风能可 再生能源丰富，据估计，我国陆地和海上可开发的风能资源 分别为2。

53亿千瓦和7。 5亿千瓦。

地处东南沿海的浙江 的风能资源较为丰富。 太阳能是指太阳所负载的能量，由太阳的直接辐射和 天空散射辐射两部分组成，与日照时数密切相关。

浙江省 的全年日照时数介于1400〜2200小时，全年总辐射能约为 100万〜120万卡/平方米。 水能是指流动的水所负载的能量，一般通过捕获水流 动的能量发电，成为水电。

生物质能就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的 能量形式，即以生物质为载体的能量。生物质能是仅次于 煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能 源，在整个能源系统中占有重要地位。

我国拥有丰富的生 物质能资源，我国理论生物质能资源相当于50亿吨左右标 准煤。目前可供利用开发的资源主要为生物质废弃物，包 括农作物秸秆、薪柴、畜禽粪便、城市固体有机垃圾和工业 有机废弃物等。

现代生物质能的利用是通过生物质的厌氧 发酵制取甲烷，用热解法制成燃料气、生物油和生物炭，用 生物质制造甲醇和乙醇燃料，以及利用生物工程技术培育 能源植物，发展能源农场。 地热能是贮存在地下岩石和流体中的热能，它可以用来发电，也可以为建筑供热和制冷。

据测算，全球潜在地热 资源总量相当于493亿吨标准煤（也称为煤当量，每千克标 准煤的热值为700千卡）。 海洋能是波浪能、潮汐能、温差能、盐差能和海流能的 统称，海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量，这些 能量以波浪、潮汐、温度差、海流等形式存在于海洋之中。

例如因月亮和太阳对地球的吸引力而带来的在涨潮和落潮 之间所负载的能量称为潮汐能；潮汐能和风共同作用形成 了海洋波浪，从而产生波浪能；太阳能照射在海洋表面，使 海洋的上部和底部形成温差，从而形成温差能。所有这些 表现形式的海洋能都可以用来发电。

3.常规能源、可再生能源都包括什么尽可能详细一些

常规能源：人们把煤、石油、天然气叫做常规能源，人类消耗的能量主要是常规能源. 常规能源的储藏是有限的. 常规能源的大量消耗带来了环境问题 （1）温室效应：温室效应是由于大气里温室气体（二氧化碳、甲烷等）含量增大而形成的.石油和煤炭燃烧时产生二氧化碳. （2）酸雨：大气中酸性污染物质，如二氧化硫、二氧化碳、氢氧化物等，在降水过程中溶入雨水，使其成为酸雨.煤炭中含有较多的硫，燃烧时产生二氧化硫等物质. （3）光化学烟雾：氮氧化合物和碳氢化合物在大气中受到阳光中强烈的紫外线照射后产生的二次污染物质——光化学烟雾，主要成分是臭氧. 另外常规能源燃烧时产生的浮尘也是一种污染. 常规能源的大量消耗所带来的环境污染既损害人体健康，又影响动植物的生长，破坏经济资源，损坏建筑物及文物古迹，严重时可改变大气的性质.使生态受到伤害. 可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源，它对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。

可再生能源主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。 风能风能是指风所负载的能量，风能的大小决定于风速和空气的密度。

我国北方地区和东南沿海地区一些岛屿，风能资源丰富。据国家气象部门有关资料显示，我国陆地可开发利用的风能资源为2。

53亿千瓦，主要分布在东南沿海及岛屿、新疆、甘肃、内蒙古和东北地区。此外，我国海上风能资源也很丰富，初步估计是陆地风能资源的3倍左右，可开发利用的资源总量为7。

5亿千瓦。 太阳能太阳能是指太阳所负载的能量，它的计量一般以阳光照射到地面的辐射总量，包括太阳的直接辐射和天空散射辐射的总和。

太阳能的利用方式主要有：光伏（太阳能电池）发电系统，将太阳能直接转换为电能；太阳能聚热系统，利用太阳的热能产生电能；被动式太阳房；太阳能热水系统；太阳能取暖和制冷。 小水电水的流动可产生能量，通过捕获水流动的能量发电，称为水电。

小水电在我国是指总装机容量小于或等于5万千瓦的水电站。 生物质能生物质能包括自然界可用作能源用途的各种植物、人畜排泄物以及城乡有机废物转化成的能源，如薪柴、沼气、生物柴油、燃料乙醇、林业加工废弃物、农作物秸秆、城市有机垃圾、工农业有机废水和其他野生植物等。

地热能地热能是贮存在地下岩石和流体中的热能，它可以用来发电，也可以为建筑物供热和制冷。 根据测算，全球潜在地热资源总量相当于每年493亿吨标准煤。

海洋能海洋能是潮汐能、波浪能、温差能、盐差能和海流能的统称，海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量，这些能量以潮汐、波浪、温度差、海流等形式存在于海洋之中。例如，潮汐的形式源于月亮和太阳对地球的吸引力，涨潮和落潮之间所负载的能量称之为潮汐能；潮汐和风又形成了海洋波浪，从而产生波浪能；太阳照射在海洋的表面，使海洋的上部和底部形成温差，从而形成温差能。

所有这些形式的海洋能都可以用来发电。 。

4.（初中人教）|可再生能源|不可再生能源|一次能源|二次能源|归纳总结

可再生能源有：

可再生能源泛指多种取之不竭的能源，严格来说，是人类历史时期内都不会耗尽的能源。可再生能源不包含现时有限的能源，如化石燃料和核能。

如：太阳能，地热能，水能，风能，生物质能，潮汐能

不可再生能源：

泛指人类开发利用后，在现阶段不可能再生的能源资源，叫“不可再生能源”。如煤和石油都是古生物的遗体被掩压在地下深层中，经过漫长的演化而形成的（故也称为“化石燃料”），一旦被燃烧耗用后，不可能在数百年乃至数万年内再生，因而属于“不可再生能源”。

如：煤、石油、天然气、核能

一次能源：

自然界中以原有形式存在的、未经加工转换的能量资源。又称天然能源。包括化石燃料（如原煤、原油、天然气等）、核燃料、生物质能、水能、风能、太阳能、地热能、海洋能、潮汐能等。一次能源又分为可再生能源和不可再生能源，前者指能够重复产生的天然能源，如太阳能、风能、水能、生物质能等，这些能源均来自太阳，可以重复产生；后者用一点少一点，主要是各类化石燃料、核燃料。

二次能源：

二次能源是指由一次能源经过加工转换以后得到的能源，包括电能、汽油、柴油、液化石油气，氢能等。二次能源又可以分为“过程性能源”和“合能体能源”，电能就是应用最广的过程性能源，而汽油和柴油是目前应用最广的合能体能源。二次能源亦可解释为自一次能源中，所再被使用的能源，例如将煤燃烧产生蒸气能推动发电机，所产生的电能即可称为二次能源。或者电能被利用后，经由电风扇，再转化成风能，这时风能亦可称为二次能源，二次能源与一次能源间必定有一定程度的损耗。

从小我们就知道，石油是由远古大型动物的遗体和微生物长期在高温高压的条件下形成的，属于不可再生能源，用一点就少一点。然而，传统的石油有机成因论正在面临巨大的挑战。从人类发现石油至今，全球的石油储量没有减少，反而在不断增加，每年都有新的大型油田被发现。

                              

得益于国内页岩油的开发，美国从最大的石油进口国，一跃成为目前最大的石油出口国。在以前认为最不可能的地方，人类已经发现了石油的存在。        

有机成因论的最大问题，是无法解释巨大的石油储量，以及有机转化的效率问题。如果依靠远古生物的遗体进行转化，根本达不到如此巨大的储量，而且生物遗体本身就是生态循环的一个环节，不可能有那么多生物遗体能够深埋地下变成石油的。    

                        

无机成因论的有利证据，就是美国和俄罗斯的科学家合作，进行的一场无机生成石油的试验。科学家将大理石（CaCO3）、氧化亚铁（FeO）和蒸馏水（H2O）放在高压环境下观察，当压力达到5万个大气压，环境温度达到1500摄氏度的时候，这三种无机物竟然生成了甲烷。这成为了石油无机成因的关键证据。                

        

另一个证据则来自外太空。美国宇航局发射到土卫六上的探测器，发现了土卫六上充满甲烷的湖泊，而土卫六根本没有存在过生命，这些甲烷是如何形成的呢？答案只有一个，那就是来自土卫六内部的地质运动。这也成为了石油无机成因理论的另一个关键证据。      

1、一次能源：在自然界现成存在的能源，如煤炭、石油、天然气、水能等。

2、二次能源：由一次能源加工转换而成的能源产品，如电力、煤气、蒸汽及各种石油制品等。

3、可再生能源：凡是可以不断得到补充或能在较短周期内再产生的能源，风能、水能、海洋能、潮汐能、太阳能和生物质能等是可再生能源。

4、不可再生能源：不能够不断得到补充或能在较短周期内再产生的能源，煤炭、石油、天然气、核能等属于非再生能源。

扩展资料

能量转化

各种能源形式可以互相转化，在一次能源中，风、水、洋流和波浪等是以机械能（动能和位能）的形式提供的，可以利用各种风力机械（如风力机）和水力机械（如水轮机）转换为动力或电力。

煤、石油和天然气等常规能源一般是通过燃烧将燃烧化学能转化为热能。热能可以直接利用，但大量的是将热能通过各种类型的热力机械（如内燃机、汽轮机和燃气轮机等）转换为动力，带动各类机械和交通运输工具工作；或是带动发电机送出电力，满足人们生活和工农业生产的需要。发电和交通运输需要的能源占能量总消费量的很大比例。

据预测，20世纪末仅发电一项的能源需要量将大于一次能源开发量的40%。一次能源中转化为电力部分的比例越大，表明电气化程度越高，生产力越先进，生活水平越高。

参考资料来源：百度百科-能源 （向自然界提供能量转化的物质）