Batteries

好奇的孩子 是一个适合所有年龄段儿童的系列。如果您有问题需要专家解答，请将其发送至 好奇的孩子@theconversation.com. 为什么没有太阳能汽车？– Emma，16 岁，犹他州斯普林维尔 太阳能汽车是存在的。观看它们的最佳地点是 世界太阳能挑战赛, ，每两年在澳大利亚举行一次的比赛。参赛者必须仅使用太阳能从该国北海岸的达尔文到南海岸的阿德莱德行驶约 1,870 英里（3,000 公里）。 参加这场比赛的许多汽车看起来更像游乐园游乐设施或科幻小说中的车辆，而不是您在路上看到的汽车。这告诉你为什么太阳能汽车不是日常出行的选择，至少现在还不是。 收集足够的阳光 虽然白天有大量的阳光照射到地球上，但光 变得分散 当它穿过大气层时，因此撞击任何给定表面的数量相当低。消除不同季节的影响，对一整年进行平均，大约是 每平方米342瓦, ，面积约等于10平方英尺。这大约足以运行 一个标准冰箱. 汽车尺寸差异很大，但美国的全尺寸汽车是 约18英尺长，6英尺宽, ，因此它具有大约 100 至 110 平方英尺（9 至 10 平方米）的水平表面。这将收集大约 3,420 瓦 – 足以运行 冰箱...

如果您最近查看过您的实用抽屉，您可能会注意到为您的电子设备供电的各种形状、尺寸和类型的电池。首先，有用于手表和小物品的圆形不可充电纽扣电池。还有用于计算器、时钟和遥控器的流行 AA 和 AAA 圆柱形电池。然后您的笔记本电脑和手机中就有可充电锂离子电池。不要忘记汽车中的铅酸电池。 我是一名教授 研究电池和电化学. 。了解为什么电池有多种 不同的尺寸和形状 – 并有多种用途 – 回顾过去，了解电池的起源以及多年来的发展情况。 第一批电池是在 1800 年代制造的，而且非常简单。最早的示威活动之一是 系列浸泡在盐水中的金属盘, ，意大利科学家亚历山德罗·沃尔塔发现它产生了电流。第一个铅酸电池是由 一罐硫酸中的几块铅. 。现代版本并没有那么不同。它们只是更容易制造，并且含有各种添加剂来提高性能。 在所有情况下，电池的性能都相同：两个不同电极之间的电压差产生电流，可以放电为设备供电。然后可充电电池可以反转该电流以重新充电。在电池内部，电流伴随着离子流过液体（电解质）。 电流中每个电子的通过都伴随着一个离子通过电解质的传输。可以存储更多离子的电极使得电池可以容纳更多电荷，因此一次充电的使用寿命更长。专为更快的离子存储而...

在一个 新发表的研究, ，我们描述了我们的自熄充电电池的设计。它用商用灭火器中的材料取代了最常用的高度易燃的电解质（由锂盐和有机溶剂组成的介质）。 电解质允许携带电荷的锂离子穿过锂离子电池正极和负极端子之间的隔膜。通过修改经济实惠的商业冷却剂作为电池电解质，我们能够生产出一种能够自熄的电池。 我们的电解液在很宽的温度范围内工作良好，从大约负 100 到 175 华氏度（负 75 到 80 摄氏度）。我们在实验室用这种电解液生产的电池可以很好地将热量从电池中转移出去，并有效地扑灭内部火灾。 我们对这些电池进行了钉刺测试，这是评估锂离子电池安全性的常用方法。驾驶一辆 不锈钢钉穿过充电电池 模拟内部短路；如果电池着火，则测试失败。当我们用钉子刺穿充电电池时，它们承受住了冲击而没有着火。 当锂离子电池向设备提供能量时，锂离子（携带电荷的原子）从阳极移动到阴极。充电时离子反向移动。 阿贡国家实验室/Flickr, CC BY-NC-SA 为什么这很重要 从本质上讲，电池的温度在充电和放电时会发生变化，这是由于 内阻 – 电池内部对锂离子流动的阻碍。 室外温度...

经过近二十年的停滞之后，美国电力需求 正在涌动, ，在气候变暖的情况下，电动汽车、数据中心和空调的数量不断增加。但传统发电厂利用 煤炭, 天然气 或者 核能 这个国家的退役速度比新建的速度还要快。最多 新供应 来自风力发电场和太阳能发电场，其发电量随天气变化。 这使得电力公司寻求新的方法来平衡供需。他们正在寻求的一种选择是虚拟发电厂。 这些不是在单个地点发电的大型设施。相反，它们是电力生产者、消费者和储存者的集合——统称为分布式能源——电网管理者可以根据需要调用它们。 其中一些来源，例如电池，可以提供 储存的电力. 。其他人可能是电力消耗大户，例如工厂，其所有者已同意在需求高时减少用电量，从而为其他客户释放能源。与新发电厂相比，虚拟电源通常可以更快地选址和建设，并且更清洁且运营成本更低。 虚拟发电厂比大型集中式发电站更能抵御服务中断，因为它们在大范围内分配能源。 不断增长的资源 虚拟发电厂并不新鲜。美国能源部 估计 目前已有 30 至 60 吉瓦的发电量在运行。1 吉瓦等于 10 亿瓦 – 大约相当于 250万块太阳能光伏板 或一座大型核反应堆。 这些虚拟发电厂大多数是工业客户，他...

在当今的电子时代，可充电锂离子电池无处不在。与几十年来主导电池市场的铅酸电池相比，锂离子电池可以在相同重量的情况下充电更快并存储更多能量。 这些设备使我们的电子产品和电动汽车变得更轻、更耐用，但它们也有缺点。它们含有大量能量，如果着火，它们就会燃烧，直到所有储存的能量被释放。突然释放大量能量可能导致爆炸，威胁生命和财产。 作为研究的科学家 能源生产, 贮存 和 转换, ， 和 汽车工程, ，我们对开发高能量且安全的电池有着浓厚的兴趣。我们看到令人鼓舞的迹象，表明电池制造商在解决这一重大技术问题方面正在取得进展。 避免过度充电是降低锂离子电池火灾风险的一种方法。 新的火灾隐患 城市交通正在经历向电气化的变革。随着世界各地城市对气候变化和空气质量的担忧日益加剧， 电动汽车 已经占据了舞台的中心。 与此同时，电动自行车和电动滑板车正在改变城市交通，提供便捷、低碳的方式在拥挤的街道上行驶并减少交通拥堵。从 2010 年到 2022 年，租赁网络拥有的共享电动自行车和电动滑板车占 超过 5 亿次出行 在美国城市。私人拥有的电动自行车增加了这一总数：2021年， 美国售出超过 880,000 辆电...