时间：2022-05-19 06:24:01
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇燃料电池技术论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：质子交换膜燃料电池；双极板；电极；催化剂
1质子交换膜燃料电池的结构及原理
按照电解质的不同可将燃料电池分为磷酸燃料电池、碱性燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池及质子交换膜燃料电池（PEMFC）等五类。PEMFC单电池由质子交换膜、气体扩散电极、双极板等构成，图1是其结构与工作原理示意图。
PEMFC的基本工作过程如下：
（1）氢气通过双极板上的导气通道到达电池的阳极，氢分子在催化剂的作用下解离形成氢离子和电子；
（2）氢离子以水合质子H+（xH2O）的形式通过电解质膜到达阴极，电子在阳极侧积累；
（3）氧气通过双极板到达阴极后，氧分子在催化剂的作用下变成氧离子，阴、阳极间形成一个电势差；
（4）阳极和阴极通过外电路连接起来，在阳极积聚的电子就会通过外电路到达阴极，形成电流，对负载做功。同时，在阴极侧反应生成水；
（5）只要持续不断地提供反应气体，PEMFC就可以连续工作，对外提供电能。
2质子交换膜燃料电池的特点
（1）高效率。PEMFC以电化学方式进行能量转换，不存在燃烧过程，不受卡诺循环限制，其理论热效率可达85-90%，目前的实际效率大约是内燃机的两倍。传统动力源为了提高效率必须将负荷限制在很小范围内，而PEMFC几乎在全部负荷范围内均有很高效率。
（2）模块化。PEMFC在结构上具有模块化的特点，可根据不同动力需求组合安装，采用“搭积木”式的设计方法简化了不同规模电堆的设计制造过程。
（3）高可靠性。由于PEMFC电堆采用模块化的设计方法，结构简单，易于维护。一旦某个单电池发生故障，可自动采取适当屏蔽措施，只会使系统输出功率略有下降，而不会导致整个动力系统的瘫痪。
（4）燃料多样性。PEMFC动力系统既可以纯氢为燃料，也可以重整气为燃料。氢气的来源可以是电解水的产物，也可以是对汽油、柴油、二甲醚等化石类燃料重整的产物。氢气的存储方式可以是高压气罐、液氢、金属氢化物等。
（5）环境友好。当采用纯氢为燃料时，PEMFC的唯一产物是水，可以做到零排放。以重整气为燃料时，相对于内燃机而言，排放也极大降低。此外，PEMFC噪声水平也很低，各结构部件均可回收利用。3研究现状
3.1关键部件
电解质膜、双极板、催化剂及气体扩散电极是质子交换膜燃料电池的四大关键部件。
电解质膜是PEMFC的核心部件，它直接影响燃料电池的性能与寿命。1962年美国杜邦公司研制成功全氟磺酸型质子交换膜，1966年开始用于燃料电池，其商业型号为Nafion，至今仍广泛使用。但由于Nafion膜成本较高，各国科学家正在研究部分氟化或非氟质子交换膜。
双极板在PEMFC中起着支撑、集流、分割氧化剂与还原剂并引导气体在电池内电极表面流动的作用，目前广泛采用的是以石墨为材料，在其上加工出引导气体流动的流场，基本流场形式有蛇形、平行、交指及网格状等。
铂基催化剂是目前性能最好的电极催化剂，为提高利用率，铂以纳米级颗粒形式高分散地担载到导电、抗腐蚀的担体上，目前广泛采用的担体为乙炔炭黑，比表面积约为250m2/g，平均粒径为30nm。
PEMFC的气体扩散电极由两层构成，一层为起支撑作用的扩散层，另一层为电化学反应进行的场所催化层。扩散层一般选用炭材如石墨化炭纸或炭布制备，应具备高孔隙率和适宜的孔分布，不产生腐蚀或降解。根据制备工艺和厚度不同，催化层分为厚层憎水、薄层亲水及超薄三种类型。
3.2测控系统
PEMFC的工作性能受多种因素（温度、压力等）的影响，为确保PEMFC正常运行，提高其可靠性和有效性，就必须监测各个影响因素。即运用有效的措施来连续监测PEMFC运行的关键或重要状态，并对收集到的信息进行必要的分析和处理，以便做到故障预测和及时诊断，为PEMFC管理系统提供依据。目前，进行PEMFC测试系统相关方面研究的公司和机构众多，但仍没有制定出有关PEMFC测试的国际标准和相应的标准测试设备，不过已有实用的测试系统投入使用。加拿大Hydrogenics公司的燃料电池测试站（FCATS）、美国Arbin公司的集成燃料电池测试系统（FCTS）是其中的突出代表。
4质子交换膜燃料电池的应用
质子交换膜燃料电池是目前各种燃料电池中实用程度较高的一类。其优越性不仅限于能量转换效率高、工作温度低，还体现在其可在较大的电流密度下工作，适宜于较频繁启动的场合。因此世界各大汽车生产厂商一致看好其在汽车工业中的应用前景，PEMFC已成为现今燃料电池汽车动力的主要发展方向。目前，通用、丰田等世界上知名的汽车公司，都在积极开发以PEMFC系统为动力源的PEMFC电动车，曾先后推出各种类型的样车，并进行PEMFC电动车队的示范运行。PEMFC电动车以其优异的性能和环境污染很少等突出特点引起了人们的普遍关注，甚至被认为将是21世纪内燃机汽车最为有力的竞争者。
此外，在航空航天特别是无人飞行器领域，以及家庭电源、分散电站、移动电子设备电源、水下机器人及潜艇不依赖空气推进电源等方面也有广泛应用前景。
5质子交换膜燃料电池的发展趋势
在关键部件方面，围绕电解质膜、催化剂及双极板的研究方兴未艾。全氟型磺酸膜价格昂贵，开发非全氟的廉价质子交换膜是今后的研究方向。近年来，新型质子交换膜的的研究热点是开发能够在100℃以上使用的高温电解质膜。在催化剂方面，研制高性能抗CO中毒电极催化剂是最紧迫的任务，此外，还要寻找非贵金属氮化物或碳化物作为现有铂催化剂的替代。目前广泛使用的石墨板具有较好的耐腐蚀能力和较高的热导率，但成本较高，加工难度大，强度、电导率和可回收性均不如金属板。金属板目前急需解决的问题是表面处理，以提高其耐腐蚀能力。复合材料双极板则结合了纯石墨板和金属板的优点，具有耐腐蚀、体积小、质量轻、强度大及工艺性良好等特点，是未来发展的趋势。
在电堆方面，今后的研究重点将是使电堆中的电池单元的性能接近于单电池的性能，这就需要对电堆的结构进行优化，保证电堆中每一片电池单元的整个活性面积处于一致的操作环境，并优化水、热管理，改善电流密度分布的均匀性。
参考文献
当今的分布式电源主要是指用液体或气体燃料的内燃机(IC)、微型燃气轮机（Micro??tur_bines）和各种工程用的燃料电池（FuelCell）。因其具有良好的环保性能，分布式电源与“小机组”已不是同一概念。
1.1微型燃气轮机
微型燃气轮机（MicroTurbine）,是功率为几千瓦至几十千瓦，转速为96000r/min，以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型燃气轮机，工作温度500℃，其发电效率可达30%。目前国外已进入示范阶段。其技术关键是高速轴承、高温材料、部件加工等。可见，电工技术的突破常常取决于材料科学的进步。
1.2燃料电池
燃料电池是直接把燃料的化学能转换为电能的装置。它是一种很有发展前途的洁净和高效的发电方式，被称为21世纪的分布式电源。
1.2.1燃料电池的工作原理
燃料电池的工作原理颇似电解水的逆过程。氢基燃料送入燃料电池的阳极(电源的负极)转变为氢离子，空气中的氧气送入燃料电池的阴极(电源的正极)，负氧离子通过2极间离子导电的电解质到达阳极与氢离子结合成水，外电路则形成电流。
通常，完整的燃料电池发电系统由电池堆、燃料供给系统、空气供给系统、冷却系统、电力电子换流器、保护与控制及仪表系统组成。其中，电池堆是核心。低温燃料电池还应配备燃料改质器（又称为燃料重整器）。高温燃料电池具有内重整功能，无须配备重整器。磷酸型燃料电池（PAFC）是目前技术成熟、已商业化的燃料电池。现在已能生产大容量加压型11MW的设备及便携式250kW等各种设备。第2代燃料电池的溶融碳酸盐电池（MCFC），工作在高温（600～700℃）下，重整反应可以在内部进行，可用于规模发电，现在正在进行兆瓦级的验证试验。固体电解质燃料电池（SOFC）被称为第3代燃料电池。由于电解质是氧化锆等固体电解质，未来可用于煤基燃料发电。质子交换膜燃料电池是最有希望的电动车电源。
1.2.2性能和特点
燃料电池有以下优点：（1）有很高的效率，以氢为燃料的燃料电池，理论发电效率可达100%。熔融碳酸盐燃料电池，实际效率可达58.4%。通过热电联产或联合循环综合利用热能，燃料电池的综合热效率可望达到80%以上。燃料电池发电效率与规模基本无关，小型设备也能得到高效率。（2）处于热备用状态，燃料电池跟随负荷变化的能力非常强，可以在1s内跟随50%的负荷变化。(3)噪音低；可以实现实际上的零排放；省水。（4）安装周期短，安装位置灵活，可省去新建输配电系统
目前燃料电池大规模应用的障碍是造价高，在经济性上要与常规发电方式竞争尚需时日。
1.2.3技术关键和研究课题
燃料电池的技术关键涉及电池性能、寿命、大型化、价格等与商业化有关的项目，主要涉及新的电解质材料和催化剂。熔融碳酸盐电池（MCFC）在高温条件下液体电解质的损失和腐蚀渗漏降低了电池的寿命，使MCFC的大型化及实用化受到限制。需要解决电池构成材料的腐蚀；电极细孔构造变化使电池性能下降等问题。固体氧化物燃料电池（SOFC）使用固体电解质且工作温度很高,对构成材料及其加工有特殊要求。为了得到高温下化学性稳定和致密性（不通过气体）的电解质，在氧化锆中加入Y2O3生成钇稳定氧化锆。为了降低工作温度，应尽可能减少电解质薄膜厚度。通常采用熔射法、烧结法和电化学蒸发涂层法制备电解质薄膜。实用的电解质膜的厚度为0.03～0.05mm。比较先进的已达到0.01mm。这样薄的电解质陶瓷材料除应当有足够的机械强度外，必须具有高度的气体致密性，否则将丧失燃料电池的性能。燃料极使用镍锆等耐热金属陶瓷，镍还用作燃料重整的催化剂，空气极在运行中处在高温氧化中，难以使用一般金属。铂的稳定性好，但费用昂贵，需要寻找替代材料，可用电子导电陶瓷。为了降低工作温度，另外一个重要的研究方向是寻找低温的质子导电的电解质。工作温度倘若能降低到700℃以下，SOFC的造价就可以大幅度降低。论文百事通
2.大功率电力电子技术的应用硅片引起的“第
2.1大功率电力电子器件的重大进展
电力电子学（PowerElectronics）的应用已经有多年的历史。电力电子学器件用于电力拖动、变频调速、大功率换流已经是比较成熟的技术。大功率电子器件（HighPowerElectronics）的快速发展也引起了电力系统的重大变革，通常称为硅片引起的第。
近年来，大功率电子器件已经广泛应用于电力的一次系统。可控硅（晶闸管）用于高压直流输电已经有很长的历史。大功率电子器件应用于灵活的交流输电（FACTS）、定质电力技术（CustomPower）以及新一代直流输电技术则是近10年的事。新的大功率电力电子器件的研究开发和应用，将成为电力研究前沿。新晨
2.2灵活交流输电技术(FACTS)
灵活交流输电技术是指电力电子技术与现代控制技术结合以实现对电力系统电压、参数(如线路阻抗)、相位角、功率潮流的连续调节控制，从而大幅度提高输电线路输送能力和提高电力系统稳定水平，降低输电损耗。
传统的调节电力潮流的措施，如机械控制的移相器、带负荷调变压器抽头、开关投切电容和电感、固定串联补偿装置等，只能实现部分稳态潮流的调节功能，而且，由于机械开关动作时间长、响应慢，无法适应在暂态过程中快速灵活连续调节电力潮流、阻尼系统振荡的要求。因此，电网发展的需求促进了灵活交流输电这项新技术的发展和应用。
美国北卡罗莱纳州大学的迈克尔·迪基和同事将这种液体合金放置在一个注射器中，最终以线滴状挤缩出液体金属，每个液滴长度为1厘米，尽管该金属液滴属于液体，但仍能保持垂直状态。迪基指出，它们是液体意味着可以在金属液滴周围包裹像橡胶等其它材料，最终使金属液滴拉伸变形。这对于制造柔韧电子元件非常有用，目前，这支研究小组建造了一个塔状金属液滴结构，通过金属液滴的“皮肤”结合在一起。
以3D打印机喷嘴替代这个注射器，意味着人们可以3D打印制造包含金属丝的塑料制品。这种液态金属不同于液态水银，它没有毒性，因此可安全用于商业生产，然而这种液体金属成本并不低，大约是制造3D塑料物品的100倍。
编译/悠悠
蚯蚓粪便有温度记忆 可帮助预测气候变化
英国约克大学和雷丁大学的科学家发现预测气候变化的“金钥匙”就隐藏在蚯蚓的粪便中。根据他们的研究发现，蚯蚓粪便中的微小方解石颗粒能够保留对空气温度的“记忆”。这种“记忆”有助于科学家预测气候变化。
研究过程中，科学家将蚯蚓放置在不同温度环境下，而后对粪便进行检测。检测结果显示粪便中的微小方解石颗粒能够保留对空气温度的“记忆”。这也就意味着通过研究蚯蚓粪便的化石样本和测试粪便内方解石的残余温度，科学家便能了解地球气候在长达数千年时间里发生的变化。
方解石是一种类似白垩的物质，它们随温度发生的变化可用于预测未来的气候变化趋势。科学家在论文中指出，在蚯蚓排便时，粪便中微小的方解石颗粒会记录下与周围环境温度有关的信息。在将蚯蚓放置在不同温度环境下进行研究之后，科学家验证了这一点。
目前，研究人员正在年代可追溯到数千年前的考古遗址收集样本，将描绘出一幅展示过去气候的图画，同时预测未来的气候变化趋势。
编译/杨孝文
地球曾有两颗卫星另一颗“夭折”
美国加利福尼亚州大学圣克鲁斯分校的月球学家埃里克·阿斯哈格教授认为地球一度拥有两颗卫星，另一颗体积较小，诞生几百万年后便“夭折”。当时，这颗卫星与另一颗卫星相撞，最后香消玉殒。在英国皇家学会9月举行的一场与月球有关的会议上，阿斯哈格将解释他的双卫星理论。
阿斯哈格指出：“第二颗卫星只存在了几百万年，随后与另一颗卫星相撞。撞击之后，地球就只剩下一颗卫星，也就是我们今天看到的月球。这颗卫星“夭折”前一直以相同的速度环绕地球运行同时与地球保持相同的距离。随着时间的推移，它逐渐接近另一颗卫星，最后发生相撞。”阿斯哈格表示，他认为月球地貌应该是两颗卫星的撞击残余。较小卫星的体积据悉只有另一颗卫星的大约三十分之一。
地球及其卫星据悉诞生于太阳系出现后的3000万年至1.3亿年之间。太阳系在大约46亿年前形成。迄今为止，科学家共发现9颗所谓的“超级地球”。超级地球是指质量是地球1到10倍的行星。
编译/杨孝文
灭绝百年“食尸苍蝇”再现踪迹
“骨骼队长”曾是空中飞行最奇特的一种苍蝇，它们对于新鲜的动物尸体并不感兴趣，而倾向于腐烂已久的大型动物尸体。不同于多数苍蝇物种，它们在冬季初期活动频繁，从11月至1月，通常在黄昏之后觅食。
罗马智慧大学研究员皮耶尔费利波·切雷蒂称，这种苍蝇已从人们视线中消失很久，一个多世纪前它们就被宣布灭绝消失。过去几年，欧洲再次发现三只“骨骼队长”苍蝇。目前，切雷蒂和同事首次确定这种苍蝇是一种“新模式标本”，为了更好鉴别它们，他将对比所有“骨骼队长”苍蝇标本。这种苍蝇物种的学名为“Centrophlebomyia anthropophaga”，1798年首次发现于德国曼海姆地区，1830年一位科学家最早对它进行了描述，但是相关的描述仅是基于他的记忆。
这种苍蝇之所以被命名为“骨骼队长”是因为它们将骨骼突出高度腐烂的动物尸体作为自己的“家”，同时，发育之中的苍蝇能够上下跳跃，因此尸体上看上去充满了这种苍蝇的幼体。切雷蒂解释称，为了能够在尸体中跳跃，骨骼队长苍蝇必须将嘴巴和尾部连接在一起，收缩背部肌肉，向上猛冲。这种昆虫在100多年前曾一度被认为灭绝消失，现在又再次重现它们的踪迹。通常这种苍蝇倾向于较大的动物尸体，其中也包括人类尸体，还以腐烂蜗牛、啮齿动物为食，研究人员还使用死鱿鱼和鸟类尸体作为诱饵吸引它们。
编译/悠悠
尿液可充当燃料发电
英国的布里斯托尔机器人技术实验室的科学家找到了一种利用尿液充当燃料进行发电的方式，成功研制出世界上第一款采用这项技术的微生物燃料电池，进而让用尿液为手机充电成为现实。科学家表示虽然很多用户在面对这种燃料时会捏住鼻子，但尿液却是一种“终极废物”，有别于飘忽不定的风能或者太阳能。
研究参与者、布里斯托尔西英格兰大学的伊奥尼斯·伊洛普罗斯博士表示，这是世界上第一款利用尿液发电的微生物燃料电池。“在此之前，还没有一个人将尿液
作为燃料。这是一项令人兴奋的研究成果。将尿液这种终极废物充作燃料发电是一种非常环保的做法。有一种产品的供应是无限的，那就是我们的尿液。利用尿液这种燃料让微生物燃料电池发电，我们可以为三星手机充电。”
伊洛普罗斯是研制利用不寻常燃料的微生物燃料电池的专家。他说：“尿液型微生物燃料电池产生的电量足以让手机收发即时短信、上网冲浪和进行简短通话。”
编译/杨孝文
神奇材料可让土壤储水一年
墨西哥化学工程师塞尔吉奥·朱斯·里克·韦拉斯克研发了一种神奇材料，能够让土壤的储水时间达到一年。这种新材料名为“固体雨”，形态与糖类似，由一种被称之为“聚丙烯酸钾”的吸收性材料构成，所能吸收的水量是其体积的500倍。不久后，生活在干旱国家的农民便有望成为这项技术的受益者，利用这种粉末状水对抗旱情，提高粮食产量。
韦拉斯克发明的“固体雨”采用聚合材料，能够让土壤中储存的水在长达一年时间里不会蒸发。只有在水被作物根部吸收掉之后，农民才需再次为田地浇水。韦拉斯克最初的目的是寻找一种可用于尿不湿的吸收性材料，能够在面积很小的区域内吸收大量液体。很快，他就意识到这种基于肥的聚合物能够帮助解决墨西哥面临的干旱问题。
（一）供电系统的现状
通信电源是通信系统必不可少的重要组成部分，其设计目标是安全、可靠、高效、稳定、不间断地向通信设备提供能源。通信电源必须具备智能监控、无人值守和电池自动管理等功能，从而满足网络时代的需求。通信电源系统由交流配电、整流柜、直流配电和监控模块组成。
（二）通信电源设备的更新换代
近年来，随着技术的进步，特别是功率器的更新换代，新型电磁材料的不断使用，功率变换技术的不断改进，控制方法的不断进步，以及相关学科的技术不断融合，通信电源在系统的可靠性、稳定性，电磁兼容性，消除网侧电流谐波、提高电能利用率、降低损耗、提高系统的动态性能等等方面都取得长足的进步。
（三）现行通信电源的电路模型和控制技术
目前通信电源的变换电路拓扑结构主要采用双单端电路，半桥电路和全桥电路，各有优缺点。一般认为，在中、小功率场合，采用双单端电路或半桥电路是适宜的；在大功率场合则采用全桥变换电路。
二、通信电源发展趋势
（一）开关器件的发展趋势
电源技术的精髓是电能变换，即利用电能变化技术将市电或电池等一次电源变换成适用于各种用电对象的二次电源。其中，开关电源在电源技术中占有重要地位，从10kHz发展到高稳定度、大容量、小体积、开关频率达到兆赫兹级，开关电源的发展为高频变化提供了硬件基础，促进了现代电源技术的繁荣和发展。
（二）通信直流电源产品的技术发展市场需求发展
在需求与技术的共同推动下，通信直流电源产品体现了如下的发展态势：
体系架构相当长的一段时间内维持稳定。通信直流电源在相当长的时间内还是维持现有的交流配电、整流器模块(并联)、直流配电、监控单元、蓄电池等为主要组成部分的架构；功率变换模式也将维持现有的高频开关模式，暂时不会出现类似从线性电源到开关电源的阶跃性的变化。
功率密度不断提高。通信一次电源的核心部件整流器的功率密度不断提高，推动了通信直流电源整机的功率密度不断提高，但配电器件、蓄电池等密度基本维持稳定，一定程度制约了整机系统的功率密度的提高比率。
更高的可靠性。高可靠性是通信电源的最基本要求。随着器件技术、通信电源技术的成熟，以及各通信直流电源设备厂家在可靠性研究上大力投入，通信直流电源产品可靠性呈不断提高的趋势。
按照TRIZ理论(“创造性解决问题的理论”的俄语缩略语)描述的技术系统发展进化规律，一般而言，技术的生命周期包含四个阶段：婴儿期、成长期、成熟期和衰退期，种种迹象表明，通信直流电源的核心技术，开关电源技术基本上开始步入成熟期：效率的提升变得缓慢和困难、而电源损耗不能大幅度降低限制了功率密度的进一步提高，未来几年甚至十几年内，通信直流电源产品将进入一个缓慢发展的阶段，直至有一天，一种新的电源变换技术出现，通信直流电源产品就会再出现一个阶跃性的发展，就像开关稳压技术替代线性稳压技术，给电源带来了革命性的变化。
（三）通信用蓄电池技术研究的新进展
通信用蓄电池作为通信系统后备的能源供应手段，其研制、生产和应用技术一直备受世界各国通信行业的重视。随着科技的发展和技术的不断进步，国外正在研制和试验新一代的通信用蓄电池，有的已经进入商用化阶段。这些新的蓄电池，由于其材料、结构和技术上的先进性，在性能上具有传统的VRLA电池无可比拟的优越性。
[论文关键词]：通信电源通信网现状发展趋势
[论文摘要]：通信电源是向通信设备提供交直流电的电能源，是整个通信电信网的能量保证。通信电源系统由交流供电系统、直流供电系统和相应的保护系统构成。通信电源系统的设备多，分布广，不仅单个电源设备的可靠性会影响系统的可靠性，电源系统的总体结构也会对自身的可靠性造成很大的影响。
一、通信电源的发展现状
（一）供电系统的现状
通信电源是通信系统必不可少的重要组成部分，其设计目标是安全、可靠、高效、稳定、不间断地向通信设备提供能源。通信电源必须具备智能监控、无人值守和电池自动管理等功能，从而满足网络时代的需求。通信电源系统由交流配电、整流柜、直流配电和监控模块组成。
（二）通信电源设备的更新换代
近年来，随着技术的进步，特别是功率器的更新换代，新型电磁材料的不断使用，功率变换技术的不断改进，控制方法的不断进步，以及相关学科的技术不断融合，通信电源在系统的可靠性、稳定性，电磁兼容性，消除网侧电流谐波、提高电能利用率、降低损耗、提高系统的动态性能等等方面都取得长足的进步。
（三）现行通信电源的电路模型和控制技术
目前通信电源的变换电路拓扑结构主要采用双单端电路，半桥电路和全桥电路，各有优缺点。一般认为，在中、小功率场合，采用双单端电路或半桥电路是适宜的；在大功率场合则采用全桥变换电路。
二、通信电源发展趋势
（一）开关器件的发展趋势
电源技术的精髓是电能变换，即利用电能变化技术将市电或电池等一次电源变换成适用于各种用电对象的二次电源。其中，开关电源在电源技术中占有重要地位，从10kHz发展到高稳定度、大容量、小体积、开关频率达到兆赫兹级，开关电源的发展为高频变化提供了硬件基础，促进了现代电源技术的繁荣和发展。
（二）通信直流电源产品的技术发展市场需求发展
在需求与技术的共同推动下，通信直流电源产品体现了如下的发展态势：
体系架构相当长的一段时间内维持稳定。通信直流电源在相当长的时间内还是维持现有的交流配电、整流器模块(并联)、直流配电、监控单元、蓄电池等为主要组成部分的架构；功率变换模式也将维持现有的高频开关模式，暂时不会出现类似从线性电源到开关电源的阶跃性的变化。
功率密度不断提高。通信一次电源的核心部件整流器的功率密度不断提高，推动了通信直流电源整机的功率密度不断提高，但配电器件、蓄电池等密度基本维持稳定，一定程度制约了整机系统的功率密度的提高比率。
更高的可靠性。高可靠性是通信电源的最基本要求。随着器件技术、通信电源技术的成熟，以及各通信直流电源设备厂家在可靠性研究上大力投入，通信直流电源产品可靠性呈不断提高的趋势。
按照TRIZ理论(“创造性解决问题的理论”的俄语缩略语)描述的技术系统发展进化规律，一般而言，技术的生命周期包含四个阶段：婴儿期、成长期、成熟期和衰退期，种种迹象表明，通信直流电源的核心技术，开关电源技术基本上开始步入成熟期：效率的提升变得缓慢和困难、而电源损耗不能大幅度降低限制了功率密度的进一步提高，未来几年甚至十几年内，通信直流电源产品将进入一个缓慢发展的阶段，直至有一天，一种新的电源变换技术出现，通信直流电源产品就会再出现一个阶跃性的发展，就像开关稳压技术替代线性稳压技术，给电源带来了革命性的变化。
（三）通信用蓄电池技术研究的新进展
通信用蓄电池作为通信系统后备的能源供应手段，其研制、生产和应用技术一直备受世界各国通信行业的重视。随着科技的发展和技术的不断进步，国外正在研制和试验新一代的通信用蓄电池，有的已经进入商用化阶段。这些新的蓄电池，由于其材料、结构和技术上的先进性，在性能上具有传统的VRLA电池无可比拟的优越性。
1．钒电池（VanadiumRedoxBattery）。钒电池（VRB）是一种电解值可以流动的电池，目前正在逐步进入商用化阶段。
2．燃料电池。燃料电池是一种化学电池，也是一种新型的发电装置，它所需的化学原料由外部供给，如氢氧燃料电池，只要外部供给氢和氧，经过内部电极、催化剂和碱性电解液的作用，就能产生0.9V电压的直流电能，同时产生大量的热能.
3．电源监控系统的发展。随着互联网技术应用日益普及和信息处理技术的不断发展，通信系统从以前的单机或小局域系统逐渐发展至大局域网系统或广域网系统，大量人力、物力被投入到网络设备的管理和维护工作上。不过通信设施所处环境越来越复杂，人烟稀少、交通不便都会增大维护的难度，这对电源设备的监控管理提出了新的需求，保护通信互联网终端的电源设备必须具备数据处理和网络通信能力。此时，数字化技术就表现出了传统模拟技术无法实现的优势，数字化技术的发展逐步表现出传统模拟技术无法实现的优势.
4．通信电源的环保要求。环保问题，一方面的指标是通信电源的电流谐波要符合要求，降低电源的输入谐波，不但可以改善电源对电网的负载特性，减少给电网带来严重污染的情况，还可减少对其他网络设备的谐波干扰。另一个重要方面，是材料的可循环利用和环境的无污染，这方面需要产品满足WEEE/ROHS指令。
在通信电源开发、生产早期，人们主要集中研究电源的输出特性，较少考虑到电源的输入特性。例如：传统的在线式电源输入AC/DC部分通常采用桥式整流滤波电路，其输入电流呈脉冲状，导通角约为π/3，波峰因数大于纯电阻负载的1.4倍。这些谐波电流大的电源给电网带来了严重的污染，使电网波形失真，实际负荷能力降低，对于三相四线制的电网来说，还很有可能因中性线电流过大而出现不安全隐患。
参考文献：
[1]朱雄世，《通信电源的现状与展望》.
[2]《浅析全球通信电源技术发展趋势》.
[3]《通信直流电源发展趋势》.
[4]孙向阳、张树治，《国外通信用蓄电池技术研究的新进展》.
[5]《通信电源技术发展趋势及标准研究方向》.
[6]曾瑛，《浅谈通信电源》.
[7]王改娥、李克民，《谈我国通信电源的发展方向》.
[8]王改娥、李克民，《我国通信电源的发展回顾与展望》.
[9]侯福平，《UPS系统在通信网络中使用的特点及要求》.
[10]《全球通信电源技术发展呈现五大趋势》.
[11]《通信电源需求现状分析》.
[12]唐勇伟，《通信电源技术的发展》.
教学内容分析
本节内容选自人教版高中《化学》选修4第四章第二节,是一节化学研究性学习成果展示课。力求通过对各种化学电池反应原理的研究性学习,让学生自行设计反应实验,体验创新实践的喜悦,加深学生对原电池反应原理的认识。
教学对象分析
学生已有氧化还原反应、金属活动性、电解质溶液、电学及PPT制作方法等知识基础;具备一定的讨论分析、归纳总结和实验探究能力和利用多媒体合作交流的能力。但学生对于化学电源工作原理的理解和利用多媒体整合并展示信息的能力还有不足。
教学目标
知识与技能目标:复习原电池的化学原理,掌握形成原电池的基本条件;了解常见电池的分类、基本构造、反应原理及应用、优点及适用范围;学会利用海河家园网及海河课廊网络平台进行互动学习。
过程与方法目标:利用各种信息技术实现研究性学习目的;借助多网络平台对研究成果进行汇报。
情感态度与价值观目标:通过学习各类电池的实际应用,感受化学给人类带来的进步和文明;通过了解废旧电池对环境的危害,树立环保意识;通过网络互助学习,体验多媒体对教学的辅助作用,由被动学习向自主学习转变。
教学重、难点
重点:一次电源、二次电源、燃料电池的反应原理、性能及其应用;电池的污染与环境保护。
难点:化学电池的反应原理及电极式的书写。
教学策略选择与设计
教学方法与策略选择――师生共同探究式(如图1)。
教学过程
1.知识回顾,情境导入
教师活动:复习原电池原理,播放学生制作果蔬电池视频,提升学生对本课教学内容的关注。讲解化学电源是利用原电池原理发明的一种产品,引导学生开展探究性学习。
学生活动:讲解Flas,复习上节课原电池原理(如图2)。播放并讲述由研究性学习小组自己设计并制作的果蔬电池实验视频(如图3)。
2.课题研究,成果分享
教师活动:课前将学生分为研究性学习小组,课上各小组进行部分成果分享。教师对各小组的汇报给予点评。
学生活动:对本组学习成果进行汇报。
第一组介绍解剖锌锰干电池实验(如图4),使同学们从实物内部构造上认识干电池―― 一次电源,使学生由依赖书本的学习转向学会利用资源学习。
第二组利用Flash介绍简易铅蓄电池原理,播放并讲解实验视频(如图5)。该组学生还到我市滨海新区统一蓄电池公司参观学习,课上播放培训部王主任为学生讲解蓄电池原理(如图6)和参观生产车间的录像。让同学们深入了解电池的生产过程及工作原理,使学生由局限于校内的学习转向超越学校围墙的学习。
第三小组利用网上相关资源,包括视频、Flash、图片等制作PPT,为同学们讲解《大有发展的燃料电池》(如图7)。并且走访天津大学国家重点实验室,了解燃料电池前沿科技,参观王宇新教授承担的燃料电池实验室,聆听苏荣欣博士讲解原理,使学生由记忆式的学习转向意义构建的研究性学习。
第四小组搜集了大量关于化学电源的污染与回收利用的信息,自制PPT,提出防治污染和资源重复利用的环保新主张。
3.合作探究,答疑解惑
教师活动:课前及时将学生研究性学习的成果和收集的相关资料上传到海河课廊网自主学习平台,以方便学生课后登录网站自主浏览学习。课上学生对研究性学习的重点和亮点进行简要介绍后,教师带领学生登录海河课廊网,进入《化学电源研究性学习》课程,让学生浏览成果里有关电极式的书写,并且就问题进行在线提问,在学生自主学习的同时,教师在线对难点问题进行重点讲解和答疑,并对设计问题进行反馈。
学生活动:浏览课程简介,下载课程讲义,交流学习各小组上传的视频、动画模拟演示等资料。开展小组讨论,将疑难问题上传到网上,与教师实现网络互动,并倾听教师对难点知识的讲解,完成学案反馈练习。
4.归纳小结,感知升华
教师活动:教师实物投影学生学案内容,并在交互式电子白板上列表与学生小结本节知识,利用思维导图软件对本节课的知识绘制网络体系。
学生活动:书写反馈学案,小结本节知识,学习思维导图制作。课上对本小组研究的专题绘制思维导图,上传到海河课廊网,教师利用交互电子白板进行纠正和点评,由学生针对各学习小组的学习成果和表现,在海河家园网上投票(如图9)。
5.作业布置,拓展延伸
利用网上“我的课程”板块,根据学生不同需求布置个性化作业,学生课下在线提交,教师在线批阅,及时反馈,实现师生网络互动。同时布置拓展性和延伸性学习内容,并将论文以日志形式在海河家园网上进行分享交流。
教学反思
随着网络技术的进步,教育信息的传递向网络化、智能化迅猛发展。因此,积极适应网络时代的变革,提高教学过程的交互性,构建起一种既能发挥教师的主导作用,又能充分体现学生主体作用的新型网络教学模式已经成为教师教学研究的方向和重点。
本节教学属于原理性知识,若按常规教学以讲为主,学生会感到枯燥、乏味,化学电源的电极反应难以记忆。将本节内容设计为研究性学习课程,课前指导学生借助海河家园网和海河课廊的开放学习平台,对本节课进行研究性学习,成立研究性学习小组,让学生自主选择课题,收集资料,在教师的指导下自行设计实验,录制视频,将成果资料在平台内进行交流分享,充分发挥学生的主体作用,进而提高学生的阅读能力、思维能力、分析能力、团结合作能力、归纳能力、总结能力。
通过展示实物、照片、图表、视频等手段增加授课内容的信息量。一方面以小组形式开展课前研究性学习,提高学生之间合作学习、实验探究的综合分析能力、实验操作能力及语言表达能力;另一方面,利用网络平台增强学生的参与度,结合学习内容,在海河课廊网上布置延续性研究课题,对学生进行辅导,及时反馈研究成果,充分展示学生的多媒体应用水平,激发了学生的学习兴趣。
采用多种评价方式对学习效果进行反馈,通过家园网,让学生对其他同学在活动过程中参与意识、合作精神、探究能力、分析问题的思路、知识的理解和认知水平以及表达交流技能等方面的表现和活动成果进行投票,并对自身进行了全方位的自我评价,以达到学生自我激励的教学目的。
总之,新课程理念下的研究性学习需要网络作为教师与学生的交流学习平台,应用多媒体信息技术,能够支撑扩展教学内容,提高课堂效率,实现课前、课堂、课后三者的整合和延伸。
点评
《化学电源》是一节研究性学习成果展示课,生成性资源体现了化学学科的特色、高中新课改的方向,是一次精彩的化学课堂展示。
该课是基于网络自主学习平台的研究课,课前学生研究、录制视频、上传资源,课中展示成果、师生研讨,指导学生自制思维导图梳理知识及进行课堂小结,课后网络延伸,让学生体验到了网络自学、同伴互助交流的乐趣。交互式电子白板展示学生制作果蔬电池的过程、讲解切割电池各部分结构等,可以边解说边展示,使学生对电池有感性认识。课件展现原电池工作原理电子流动的过程,生动形象。该课不仅体现化学学科特色,呈现化学实验,而且让学生跨出学校围墙学习,亲密接触化学电源的制作过程和原理。让学生课下借助海河家园网及海河课廊网的自主学习平台,上传材料、调查交流,体现了信息技术与化学课程整合的理念,信息整合、实验探究、研究整理、成果交流、研讨论证等一系列环节激发学生学习兴趣,培养了他们的实践探究能力。
关键词：电动汽车；发展现状；技术瓶颈
中图分类号：F42 文献标识码：A
1概述
随着我国经济的发展，我国的能源紧缺和环境污染危机逐渐被提上不得不改变的地位，在众多的能耗大户和环境污染大户中，机动车是一个不得不提到角色。我国目前已经成为了第一大汽车消费国家，我国机动车保有量已经超过了美国。2010年全球汽车保有量8.5亿辆，消耗全球石油产量的55%，排放15%的二氧化碳。庞大的机动车消费给我国能源带来了巨大的潜在威胁，而由于机动车尾气的排放也加剧了环境的恶化。在这样的背景下，电动汽车逐渐出现并得到了广泛的研究应用。
2 电动汽车产业现状概述
2.1电动汽车产业的发展现状
我国的电动汽车，研究的主要方法集中在纯电动汽车方向。早在我国“九五”期间，电动汽车技术就已经被列入了国家重大科技产业。目前我国电动汽车的发展，确立了以混合电动汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车为“三纵”，以整车控制系统、电机驱动系统、动力蓄电池/燃料电池为“三横”的研局，通过产学研紧密合作，我国电动汽车自主创新取得了重大进展，主要表现在以下几个方面：
（1）在动力电池方面，我国已经达到了国际水平。目前我国已经自主研制出了大容量、超大容量镍氢电池和锂离子电池，锂离子动力电池功率密度从2001年的491瓦/千克提高到2008年的2500瓦/千克，增加了5倍多，循环寿命达1000次左右。动力电池企业的投入也大大加强，2009年底国内车用镍氢和锂离子动力电池的年生产能力分别超过1.4亿瓦时和9亿瓦时，从而攻克了电动汽车动力源不足的瓶颈；另一方面，对于动力电池的安全技术方面，我国通过自主研发设计，也已经实现了大规模应用的安全技术保障。
（2）在城市化应用方面，我国目前已经在北京、上海、天津、武汉、深圳等众多大中城市试点运行电动公交车，并有计划的推进电动小汽车的运行测试和考核；同时，上海、盐城、重庆等电动汽车研发生产基地的建立投产，也从技术层面进一步保障了我国电动公交车和电动小汽车运行的稳步发展。北京奥运会期间，我国动用了近600辆自主研发设计的电动汽车运输游客和运动员，充分向世界展示了我国电动汽车的蓬勃发展现状。
3 电动汽车产业的发展瓶颈及其解决办法分析
3.1 电动汽车产业发展的技术问题及其瓶颈
结合上面的分析，尽管我国电动汽车的发展前景诱人，但是依然存在着众多的技术瓶颈，在电动汽车的发展道路上依然存在着许多技术问题，概括起来，我国当前的电动汽车发展技术瓶颈主要表现在以下几个方面：
(1) 缺乏核心技术
目前我国电动汽车的整车制造技术基本没有大的问题，但是对于电动汽车的核心技术问题，如电机驱动技术、电池系统技术、动力耦合技术、变速箱控制技术及发动机技术等等，在诸多的核心技术领域，我国目前仍然缺乏拥有独立自主知识产权的核心技术或者是相关产品，更重要的是到目前为止，我国在这些核心技术领域内仍然没有取得实质性突破进展。根据我国发改委相关职能部门的统计，在电动汽车核心技术及其核心零部件的进口方面，2005年用于电动汽车核心零部件引进及相关技术转让的费用大约在200亿元左右，而到了2010年费用上升至360亿元，2011年更是突破了400亿元大关。
(2) 配套产业链跟不上
对于电动汽车的发展，不仅仅需要解决汽车的电池动力、控制等技术问题，更重要的是相关配套设施的发展也严重制约了我国电动汽车的发展，这主要表现在以下两个方面：
①充电基站无法配套
电动汽车采用电池供电，一旦电池电源耗尽，就需要充电，因此需要在全国范围内广布充电基站。我国目前已经建成的电动汽车充电基站仅仅才6座，而在建的也不过20多座，远远落后于国外发达国家对新能源汽车配套设施的投资力度。另一方面，我国目前充电基站的建设也受到了极大的技术制约，这主要是充电时间过长，国外充电时间一般在2-6个小时即可充满，最大行驶里程在100-200公里左右，而我国目前的充电技术相较于国外还有较大差距，正常充电时间需要18-24小时，最大行驶里程也不过才100公里左右。
②核心零部件制造技术跟不上
对于电动汽车内的核心零部件，我国目前在材料制造领域、机械加工工艺领域内，都无法实现技术突破，只能依靠进口国外整套零部件或者是生产线，而整条生产线的引进，价格动辄上千万元，并且在关键技术方面还受制于人，导致零部件造价过高，比如，比亚迪所生产的电动汽车电池，其容量已经超过了国外电池，达到国际领先水平，但是造价过高，是国外同类产品的3-4倍，这就极大的限制了比亚迪电池的应用；更为重要的是，我国已经跃升成为世界第一大汽车国家，在电动汽车核心零部件材料及制造技术方面无法实现独立自主的知识产权，那么我国的电动汽车产业永远得不到长足健康发展。
③维修4S店无法配套
由于电动汽车的结构复杂性，目前我国尚无成套的面向电动汽车设置的维护维修保养4S店，这一点与国外电动汽车巨鳄无法相提并论，以日本丰田为例，不仅有众多的油动力车4S店，同时其本土和海外还有多达3500家的油电混合4S店，其中80%的4S店同时兼备具有纯电动汽车维护维修保养的功能。丰田重视对新能源汽车产业链上下游的配套建设，这一点应该值得国内电动汽车研制厂商的学习；而国内很多电动汽车厂商往往容易忽略售后技术和服务的配套，这也是导致我国电动汽车发展受到严重制约的原因之一。
结语
我国人口众多，能源紧缺，过去粗放式的经济增长方式给环境带来了巨大污染，因此电动汽车在我国有着十分广阔的应用前景。本论文主要从技术层面详细探讨了我国电动汽车的发展现状，以在发展中所遇到的技术问题，并有针对性的给出了若干具体的技术解决措施，对于进一步提高我国电动汽车发展速度和技术应用水平具有较好的指导意义。当然，更多的技术解决措施有待于广大技术研究人员的共同努力，才能够最终实现我国电动汽车的长久健康发展。
参考文献
[1]A.T.科尔尼,川原英司.孙健，丁涛，苏苗苗译.电动汽车时代的企业战略革新[M].上海:上海交通大学出版社，2011.
[2]欧阳明高.我国节能与新能源汽车发展战略与对策[J].汽车工程，2006，(4):317-322.
[3]曹秉刚，张传伟，白志峰，李竟成.电动汽车技术进展和发展趋势[J].西安交通大学学报，2004，(1)：1-4.
关键词：电子元件；计算机行业产品；绿色化；应用
中途分类号：TP391.72
计算机行业产品的绿色化是电子信息产业结构调整，带动产业升级的重要方面。也是保护环境和人体健康，推动国内电子信息产业持续、健康发展的客观需要。随着人口的增长和经济的发展，对资源的需要与日俱增，人类正面临某些资源短缺或耗竭的严重挑战。因而计算机行业产品设计由传统设计向绿色设计发展，强调在产品及其生命周期全过程中，充分考虑对资源和环境的影响，使产品及其制造过程对环境的总体影响减到最小，资源利用率最高。这是计算机行业产品绿色化发展的一个重要特征。正是计算机行业产品绿色化的这一要求，引起了科学家对可再生能源发电技术产品的重视，有力地促进电子元器件的发展，提高了电子元器件在计算机行业产品绿色化发展中的地位。
就目前而言，在计算机行业产品的绿色化中，利用电子元件与电子组件一起结合，减少电子信息产品中铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯、多溴二苯醚等有害物质使用，控制和减少电子信息产品废弃后对环境造成的污染。本文将从电子元器件中选取LED、超级电容器两类器件，通过分析其节能特性、在计算机行业产品绿色化应用的作用及前景等，重新认识、思考电子元器件在计算机行业产品的绿色化发展中的作用。
1 LED、超级电容器在计算机行业产品绿色化中的应用
1.1 LED在计算机行业产品绿色化中的应用
1.1.1 功能特性及概况
LED（Light Emitting Diode）即发光二极管，它利用固体半导体芯片作为发光材料，当其两端加上正向电压时，半导体中的载流子复合，放出过剩的能量，引起光子反射，产生可见光。
LED主要的特点表现为：（1）节能；（2）结构牢固；（3）寿命长；（4）环保：现在广泛使用的荧光灯、汞灯等光源中都含有危害人体健康的汞，这些光源的生产过程和废弃的灯管都会对环境造成污染。LED则没有这些问题，其发光颜色纯正，不含有紫外和红外的辐射，它是一种“清洁”的光源。
1.1.2 应用现状
首先LED可用做电脑显示器的背光源，LED背光技术相对CCFL（冷阴极荧光灯）来说，有亮度高、工作电压低，功耗小、颜色鲜艳、使用寿命长等诸多优点，而且没有了冷阴极荧光灯管中成本高且对环境危害很大的汞。欧盟环保标准陆续出台实施，冷阴极荧光灯作为传统液晶面板背光源的地位岌岌可危，而LED凭借其绿色环保的特点赢得了厂商的青睐。LED背光技术的成熟发展逐渐开始影响显示器行业的发展，早在1992年惠普提出为环境而设计绿色产品的理念，从研发阶段就开始考虑环保因素，包括如何使用环保材料，如何通过设计减少对能源的耗费，如何通过设计降低包装对环境的影响等。各种惠普Illumi-Lite显示器均采用不含汞的LED背光板，在生产中减少了有害物质的使用量。我国一线显示器品牌华硕，在其MS系列显示器中所使用的无汞LED背光源，能在保证绿色环保的基础上再次加大节能的比率，可谓是真正的绿色环保显示器。使用LCD作为显示器的设备都需要背光源，笔记本电脑的LCD显示器也是用SMD封装的LED做背光源。
其次LED还可以用于和计算机连用的投影机。投影机灯泡是一样较为昂贵的消耗品，其具有一定的使用寿命，当使用时间长了灯泡就会老化，需要更换。相比传统投影机，采用LED光源的LED投影机最大的优势就是不需要频繁更换灯泡，其灯泡寿命在10000-20000小时甚至更长，用户完全无需担心投影机灯泡损耗的问题。LED光源衰减慢，1万小时只衰减5%，科学合理的使用情况下，寿命可达到5万个小时。整机功率不超过38瓦，相当节能。传统投影机一般都200W以上，甚至更高。LED称为冷光源，光线中不含红外线和紫外线，画面无闪烁，润眼护眼。而且一般投影灯为气体放电灯，均含有有害环境及人体的汞，而LED光源不包含汞等。由于LED是冷光源，工作中不会像金属卤素灯产生大量热量，并且减化了原有光源要求的复杂的光路结构，这样就可以降低对投影机散热系统的要求，体积就可以做到比原来小得多，并且噪音也小的多了。
再次LED可用于电源的制造，LED电源是向电子设备提供功率的装置，可以提供计算机中所有部件所需要的电能。高效率的电源可以提高电能的使用效率，在一定程度上可以降低电源的自身功耗和发热量。
1.1.3 应用前景
随着LED芯片制造技术的发展和封装技术的提高，LED的发光亮度还会不断提高，发光效率达到200lm也不成问题，其价格也会不断下降，使用寿命将延长到10万小时以上。几年前3G市场的启动，成为LED在小尺寸背光源市场中增长的动力。同时，中大尺寸背光源市场成为厂商新宠。LED正在从小尺寸LCD背光源向大尺寸LCD背光源应用迈进。
但目前的一个主要问题是，LED背光计算机的成本比CCFL高。随着LED技术的不断发展，以及应用于计算机背光的技术不断深入，这二者成本不出三五年就会拉平。目前，虽然相对成本高出30%，但LED背光源用起来省电，符合节能减排的要求。随着LED背光源计算机的大量应用，成本也会降低。
1.2 超级电容器在计算机行业产品的绿色化中的应用
1.2.1 功能特性及概况
超级电容器（Supercapacitor）通常为电化学电容，也即它不仅具有电容器的性质，还具有蓄电池的性质。电容器充电时，和蓄电池一样，电荷以离子的形式存储，因此单个电容器电压只有几伏。超级电容器根据电化学双电层理论研制而成，储能的过程不发生化学反应，因此这种储能过程是可逆的，超级电容器可以反复充放电数十万次。充电时处于理想极化状态的电极表面将吸引周围电解质溶液中的异性离子使其附于电极表面，形成双电荷层，构成双电层电容。和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响。超级电容器可焊接，因而不存在像电池接触不牢固等问题。
1.2.2 应用现状
超级电容器用作计算机存储器小型装置的电源是常见的，而其在计算机行业产品绿色化中的应用突出表现为间歇性用电的辅助设施。UPS往往是在断电或电压瞬时跌落最初的几秒、几分钟起决定作用，蓄电池在这段时间提供电能。由于蓄电池自身的缺点使UPS在运行中需时刻注意蓄电池的状态。在数据保护的备份系统中，需UPS提供的时间相对很短，而蓄电池的大部分能量没有被应用，如果选择低容量的蓄电池则不具备强大的放电能力。从短时期作用角度考虑，超级电容的优势尤为明显，其输出电流几乎没有延迟地上升到高达数百安培甚至上千安培，而且可以快速地充电，超级电容在很短的时间内就可以实现能量存储，所以在下次电源故障时又可以起作用，尽管超级电容器的储能明显低于蓄电池，仅能维持很短的时间，但是当储能释放时间在1min左右时有无可比拟的优势--具有500000次循环和十年不需要护理，使UPS真正实现免维护。随着风能、太阳能等可再生能源发电的发展，现代电力系统中将拥有越来越多的间歇性和不稳定电源，导致对储能技术的需求越来越强烈，储能技术在电力系统中逐渐成为一种必需。太阳能、风能和燃料电池等无污染能源将储存在超级电容中，不断提供电能，不需要投资大的发电站，也不需要复杂的输送电网，是一种应用再生能源和投资少的节能措施。
虽然超级电容器的应用形式同电池不同，但在实际应用上却总被电池取代。美国、日本、俄罗斯等国对超级电容器的应用进行了卓有成效的研究，目前，超级电容器的一些储能应用已经实现了商业化，另一些应用正处于研究或试用阶段。
1.2.3 应用前景
超级电容器是计算机行业产品的绿色化中不可缺少的重要组成部分，起到了无污染，低功耗的环保效果，超级电容器概括起来以下几个优点：（1）充电速度快；（2）循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1～50万次；（3）能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%；（4）功率密度高；（5）产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源；（6）安全系数高，长期使用免维护；（7）环境温度时，正常使用影响不大。超级电容器正常工作温度范围在-35～74；（8）可以任意并联使用，增加电容量；若采取均压后，还可串联使用，提高电压等级。
超级电容器作为产品已趋于成熟，其应用范围也不断地拓展，从小容量到较大规模的电力储能，从单独储能到蓄电池或燃料电池组成的混合储能，超级电容器都展示出特有的优越性。随着电极材料的改进和电解质的合理选用，超级电容器的功率密度和能量密度逐步提高，其应用前景更为广阔。
2 结束语
通过对LED、超级电容器在计算机行业产品绿色化中的应用分析，我们可以看出电子元器件在计算机行业产品绿色化中得到了有效的应用，如LED背光源、LED投影机、LED电源、超级电容器电源、超级电容器储能装置等。通过对这些电子元器件产品的应用，不仅使电子元器件的资源利用率提高，丰富了硬件种类，给人们提供高效的工作、学习环境，而且在推动有害物质替代与减量化，减少环境相关性疾病发生，维护公众健康等方面发挥了环保效益。
因本次论文是建立在以往前人研究的基础上，所以还需要在以后继续这方面的研究，拓宽研究内容，具体为光电器件等电子元器件在计算机行业产品绿化中的特点和新的发展方向，利用其特点更好的为计算机行业产品绿化服务，通过详细调查与比较，得出更为全面、深入的结论。
参考文献：
[1]陈宇.LED制造技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2013.
[2]程明，张建忠，王念春.可再生能源发电技术[M].北京：机械工业出版社，2012.
【关键词】能源消耗；环境污染；节能；环保；新能源
0 前言
汽车在改变着我们的生活，它在带给我们极大便利的同时也给我们带来了严峻的社会问题，交通事故，能源消耗，环境污染。汽车的节能与环保是目前我们急剧解决的社会问题，汽车尾气污染已占大气污染的百分之七十，汽车尾气排放已成为我们的首要污染源。撰此论文目的之一就是呼吁全社会都能增强节能环保意识，保护我们赖以生存的环境。
资源短缺已成为广大群众一个十分关注的问题。如果现在不考虑对策，不增强节能与环保意识，未来人类就没有出路，人类将无法生存。
本文从“燃油汽车节能与环保”、“开发新能源汽车”和“交通资源优化配置”三个方面来分析，并将节能与新能源、汽车使用及保养有机的结合，从多个角度全方位地探索汽车节能与环保的影响因素及解决途径。
1 燃油汽车节能与环保
汽车排放的废气已经使我们的空气遭到严重破坏，汽车尾气已成肺癌高发推手，废气中的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物及悬浮微粒，这些有害气体及有害物质可对人体造成极大危害，呼吸困难、长期肺损伤，最终引发肺癌。所以我们人人增强节能与环保意识势在必行，目前绿色能源已逐渐成为国际性的汽车发展方向，同时开发新能源技术，也是创建我们美好家园的最好途径。
汽车节能同时有利于环保，汽车节能主要途径有：车型小型化、轻量化；持续改进发动机效率和排放技术；合理使用汽车和改变行驶环境。
汽车小型化、轻量化节油：我们所说的汽车小型化、轻量化不是简单意义上的用轻质材料替代原有材料，而是在满足汽车使用要求和成本控制的条件下，先进的设计技术与轻量化材料以及先进的制造技术相结合。包括从材料到零部件优化设计、先进制造技术、材料回收与再生技术、零部件维修技术等一系列关键支撑技术的突破。节能环保与汽车排放要求逐渐严格。轻量化是降低排放的有效途径，主要通过小型化、轻量化、紧凑型设计来实现节油耗降排放。
持续改进发动机效率和排放技术：提高燃油发动机燃烧充分度，提高单位油耗功率和扭矩，可以直接降低能源消耗和尾气排放。如最近几年研发出来的缸内直喷技术，缸内直喷发动机应用了稀薄燃烧技术，就是说它在正常工作情况下的空燃比要大于理论空燃比，混合气浓度比普通电喷发动机更低。混合气浓度降低了，那么经济性也就随之提高了，跑同样的路，应用稀燃技术的发动机就会更省油。
提高驾驶技术节油：驾驶员的操作技术水平和驾驶方法也是影响燃油消耗的其中的重要因素。据有关资料统计在同样条件下，用同样的车，驾驶员的操作水平不同，油耗可相差15%～25%。就是同一驾驶员，只要稍加改进自己驾驶不合理的部分，也能见到明显的节油效果。因此提高驾驶技术，改进操作方法是最根本的节油途径。出行前了解路况，避免车多的路线；尽可能的为爱车减负；切忌急踩油门、急刹车和急加速，高速路上尽量以经济速度运行，切忌低挡高速行车；尽量高挡位行驶，手动变速器的车辆在车速稳定后应及时换高挡位；避免长时间怠速。停车等待尽量将引擎熄火而不要让它一直空转；使用空调时挡位应适中。高速行驶时不开窗；电喷车不必暖机行车，也不宜大油门起步，引擎低温运行更废油。
爱车的保养对节油也是非常重要的，经常检查胎压。要让胎压保持标准值范围内。胎压过低会增加车辆油耗，符合规定要求的胎压可以降低油耗3.3个百分点；定期更换机油，注意清洗积炭和滤清器，及时更换火花塞等；要到正规加油站加油，按照爱车的压缩比标值选择合适标号燃油，标号偏高或偏低都会造成气缸和喷油嘴积碳增加，缩短使用寿命；尽量不要增加车内耗电设备，以免增加发电机的负荷；磨合期要避免负重、超速以及低速行驶。
2 开发新能源汽车
燃油汽车节能技术的重要性凸显，更主要原因为目前我国石油进口已接近60%的红线，缺油的压力非常大。所以除了推广燃油汽车节能之外，解决能源短缺问题的根本措施是大力开发和推广应用新能源汽车。长期以来，人们一直致力于新能源汽车的研究开发，并且取得了可观的进步。
2.1 纯电动汽车
未来的汽车将启用绿色能源，其中电动汽车将被消费者广泛接受，同时电动汽车将进入实用阶段。人们对环保的强烈呼声，电动汽车将越来越多地在各大城市取代石油能源汽车成为一种代步工具。有专家认为，对于电动车而言，最大的障碍就是基础设施建设以及价格影响了产业化的进程，与混合动力相比，电动车更需要基础设施的配套，而这不是一家企业能解决的，需要各企业联合起来与当地政府部门一起建设，才会有大规模推广的机会。最终的未来动力，还是要靠电力。电动汽车的零污染、零排放、零噪音等特点，是我们急需的。
特斯拉引发对电动车的再次关注，但大量普及仍需时间。考虑到纯电动汽车推广城市补贴细则出台，北京、上海等地拍照政策倾斜，纯电动汽车汽车销量可望迎来小高峰。但考虑到购置成本、产品稳定性、充电设施等因素，电动汽车大量普及仍有待时日。
目前福田汽车自主研发的迷迪电动汽车2008年已在北京各大郊区运行，其融合了福田汽车欧洲各合作伙伴等最先进技术打造而成，拥有纯正的欧洲血统。迷迪电动汽车200公里/单次充电，目前续航能力还有限，只能跑短途，但我们相信在不久的将来随着节能技术的快速发展，会使电动汽车更成熟。
2.2 混合动力汽车
采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样，在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。
宝马i3全球发售，又在法兰克福车展推出i8车型。比亚迪近期推出第二代双模车“秦”，关注度亦较高。沃尔沃即将上市的全新XC90也将推出混动版。未来汽车市场，混动作为一种过渡产品，具有既不受充电桩的限制又可在短途中充分节能的特点，将更加普及。
2.3 燃气汽车
又称为天然气汽车，主要分为液化石油气汽车和压缩天然气汽车两种。燃气汽车主要以天然气为燃料。它的CO排放量比汽油车减少90%以上，碳氢化合物排放减少70%以上，氮氧化合物排放减少35%以上，是较为实用的低排放汽车。燃气汽车已在世界和中国得到了推广应用。福田LNG欧辉客车就已展示了PM2.5排放的领先优势，现在，福田欧辉客车已经拥有高压电器安全技术、充放电保护技术、LNG车用发动机技术等多项节能与新能源技术，环保客车服务于大众。实现了天然气汽车关键技术的重大突破，以自主创新为基础的科技支撑为中国天然气汽车的可持续发展提供了强劲的动力。
2.4 醇类汽车
利用醇类燃料做能源驱动的汽车。即甲醇和乙醇，醇类燃料可以与汽油或柴油按一定比例配制而成混合燃料，亦可以直接采用醇类燃料作为发动机的燃料。与汽油相比，醇类燃料具有较高的输出效率，油耗较低。由于燃烧充分，有害气体排放较少，属于清洁能源。作为醇类燃料的推广，主要困难是甲醇产量较低，成本稍高；甲醇有毒，公众不易接受；冷启动困难，具有较强腐蚀性等。随着技术的进步，醇类燃料仍将有很大的发展使用空间。
3 交通资源优化配置
目前国内的道路拥堵和车辆不合理使用现状加剧了能源消耗和环境污染。为此，国家有关部门也在加紧研究改善交通网络布局，开发并推广交通联网指挥和预警等公路信息化的交通调度手段。改善公民出行意识，提高公共交通和绿色出行的比重，也是政府推动的另一个方向。
此外，推广新能源公交车是最好的突破口，有助地方政府实现节能减排。公交车主要运行于城市中心区域、且行车线路固定、车体空间大，适于推广新能源技术，有利于降低城市中心区污染。2009年初开始的“十城千辆”电动车示范工程，驱动新能源公交车发展，此后试点城市进一步扩展至20个。2013年11月公布的首批28个新能源汽车推广城市或地区，预计未来2～3年需求规模接近25万辆，其中6万～8万辆为新能源客车。
未来汽车能源由石油占据绝对优势的局面将被打破，尽管石油能源汽车在未来三、四十年内仍会保持领先，但由于电动汽车、油电混合动力汽车、燃气汽车、以及醇类汽车的迅速发展，石油能源汽车很快将走下坡路。专家预计，到21世纪中叶其下降速度将急剧增快。就整个21世纪而言，呈现在人们面前的将是更多环保型汽车如电动汽车、油电混合动力汽车、燃气汽车、醇类汽车、氢气汽车以及其它多种能源汽车活跃的多级模式，展望未来，汽车工业从全球意义上来说，将要也必须发生根本性的变革。人们乐观地期待着，科学技术的突飞猛进必能使人类克服石化能源耗竭与环保的问题。
不管未来人类驾驭汽车的方式如何，工业文明向生态文明的转型已愈行愈近，全球汽车工业也正在不断地摒弃与自然对抗，采用与自然和谐的发展模式。而这样一种和谐，必定根源于能源效益的不断提升，根源于能源结构的不断优化，根源于技术领域的不断创新。
今年7月9日我国总理主持召开国务院常务会议，会上决定将自9月1日起免征部分新能源车购置税，这对于新能源车发展可谓是一针强心剂。会议决定，自2014年9月1日至2017年底，对获得许可在中国境内销售（包括进口）的纯电动以及符合条件的插电式（含增程式）混合动力、燃料电池三类新能源汽车，免征车辆购置税。
国务院办公厅近日印发《关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》，部署进一步加快新能源汽车推广应用，缓解能源和环境压力，促进汽车产业转型升级。
《意见》明确，要以纯电驱动为新能源汽车发展的主要战略取向，重点发展纯电动汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池汽车，以市场主导和政府扶持相结合，建立长期稳定的新能源汽车发展政策体系，创造良好发展环境，加快培育市场，促进新能源汽车产业健康发展。要坚持创新驱动，产学研用结合；坚持政府引导，市场竞争拉动；坚持双管齐下，公共服务带动；坚持因地制宜，明确责任主体，确保完成各项目标任务。《意见》对加快新能源汽车推广应用提出6个方面25条具体政策措施。
北汽E150、比亚迪e6电动车2014年将享受国家新能源汽车补贴。让更多人选择绿色出行，为可持续发展增添能量。
4 结论
汽车产业的节能与环保是一项投入大回收期长、社会公益性强的工作，单凭汽车企业自身的力量是难以实现的，需要我们全社会的共同参与，从国情出发，树立节约型消费理念，共同营造消费节能环保型汽车的良好氛围。从我们自身做起乘坐、购买节能环保型汽车，新能源汽车还是新生事物，还需要继续探索、不断改进，切实推进汽车产业的环保与节能，让我们共同为建设资源节约型，环保型社会而努力。
【参考文献】
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[2]蔡凤田，等，编.汽车节能与环保实用技术[M].
巴斯卡拉的轮子
最早的永动机资料记载之一，出自于印度数学家和天文学家巴斯卡拉在1150年左右的作品中。他设计的永动机是由一个轮子以及轮缘周围的水银轴条组成的不平衡机器，其中轮子的重量分布是不平衡的，当轮子转动后，水银随之移动，为轮子持续转动提供推动力，如此循环往复，使轮子持续运转着。
可以说，巴斯卡拉的轮状永动机的影响是非常大的，因为他新奇的想法引起了许多科学家的好奇心。在此后的几个世纪里，基于他的永动机概念，出现了许多不同版本的轮状机器。其中不乏一些牛气的科学家，例如达・芬奇、维拉德等。
而且，有趣的是，巴斯卡拉之所以诞生如此奇思妙想，是因为印度哲学中自我更新和生生不息的哲学理念的影响。可见，哲学与宗教的影响力有多大。
德雷贝尔的永动机
17世纪到19世纪可谓是永动机探索的黄金年代，在那两百年中，各种奇思异想的的永动机粉墨登场，层出不穷。
1604年，当德雷贝尔首次展现他的机器时，曾广泛引发了人们的好奇，其中就包括了英国皇室。这是一个什么样的机器呢？实际上，这台机器就是一个造型精美的钟表，它不需要绕组线圈，能显示日期和月相，由温度变化和天气变化提供能源驱动一个空气测温器或气压计。
然而，对于这个永动机的能量来源，德雷贝尔仅仅只是提到，这是他利用“空气的炽烈精神”来维持这个机器的运动的，俨然像一个炼金术士一般（德雷贝尔是那个时代的炼金术士）。因此，没有人知道德雷贝尔的永动机是如何运动的，其能量又是如何而来的。
在后来给友人的一封信中，德雷贝尔还描述了他设计的更精美的永动机器：一个中央球体被充满液体的玻璃管包围的一个器械，球体上镶嵌着一些金配件和月相刻度盘，周围还装饰着神话生物，外观无比精美。但是，我们不确定的是，这个精美的永动机是否真的存在。
弗鲁德的水螺杆
罗伯特・弗鲁德是17世纪一个身兼科学家和炼金术师双重职业的杰出人物。他经常有一些奇怪的想法，比如他认为人们之所以会被闪电击中，那是因为闪电是上帝愤怒的人间化身。
而永动机也正是他奇思妙想的一个经典。弗鲁德于1618年提出了一种“水螺旋”的永动机版本，这个“水螺旋”能利用水循环产生动力，驱动磨石碾磨粮食。当这个永动机设备在1660年由木版雕刻形式呈现在人们眼前时，被广泛认为是第一个试图用来产生永久效用动力的设备。其工作原理是这样的：从顶部水箱中流动以驱动底部左下的大水轮，由该水轮运转驱动一系列复杂的齿轮和轴，从而带动底部中央到右上的螺旋水斗，呈现出机器的整体运转，形成循环的水动力。
虽然该机器设备并不能实际运行，但是，弗鲁德并不只是试图用他的机器打破物理定律。实际上，他可能因为试图寻找方法来帮助农民才会设计这样的机器。当时，碾磨粮食需要依赖不间断的动力，那些生活的比较远的地方的人，由于没有合适的自来水源，不得不被迫装载他们的粮食庄稼，将其拖到磨坊，然后运回农场。如果弗鲁德的永动机能运转起来，将会使无数的农民生活得更容易，那贡献就不言而喻了。
考克斯的时钟
作为一名著名的伦敦钟表师，考克斯对时钟的兴趣非常浓厚，而且也希望自己能造出一个能永恒运动的时钟。1774年，考克斯制造出了他的永恒动力时钟，这个时钟类似于其他的机械时钟，唯一不同的是它不需要绕组线圈。
该时钟被包裹在玻璃中，其利用地球大气的压力变化作为外部能源，使其产生类似绕组运动机制的动力。而内部原动力则是嵌在钟体内的水银压力计，水银通过上升或下跌来产生动力，且使内部的表轮转向同一方向，形成一圈一圈循环运转的效果。
当时，考克斯表示，这是一个能永恒运动的时钟，而这个时钟也确实在不需要再加外力的情况下运行了差不多150年。这是第一个被广泛接受的永恒运动时钟的例子，它在运行的100度年中，在欧洲各地相继展出成为轰动多年的奇迹。但遗憾的是，在19世纪30年代，它还是结束了其运行使命，所以，它只能算是一个制作精妙的时钟罢了。不过有悲有喜，考克斯在这个时钟中应用的技术，例如金刚石为轴承运转，气压变化等，应用在了现代手表时钟上。
卡彭电堆
1870年出生的卡彭是罗马尼亚的一位工程师和物理学家，他一生致力于研究机械工程、热动力学以及电化学等学科。1904年到1909年，卡彭在完成博士论文后，研究了高频电流和电流信号的远距离传输，并研究了先进的燃料电池技术。也正是这段时间的研究工作开启了他创造传奇永动机的序幕----卡彭电堆（电池组或燃料电池简称电堆）电解液。
1950年，这个电堆的原型组装完成，它主要由两个串联电堆推动一个小型电流马达，马达产生动力后（转化成机械能），就会推动一片连接开关的叶片，叶片每旋转半圈，就会触发一个开关打开电路，让电堆充电，然后在第二个旋转节点关闭电路，如此反复。叶片的旋转时间是经过计算的，这样电堆会有一定的时间再次充电，从而实现循环的电流。
这个发明完成后，就被罗马尼亚国家技术博物馆收藏，到2010年，这个电堆竟然已经连续工作了60年！而且，当这个电池开放给一些科学家测试的时候，他们发现，这个电池从发明之初就始终保持着1伏特的电压大小，其稳定性也让人大吃一惊。
目前，这个电堆仍然在工作着，但是科学家仍然没能够弄清楚这个奇怪的电池是怎么一回事？为什么现在它仍然能运行？也许这个电堆在机械能与电能互相转化的过程中，能量转化效率极高，以至于几乎没什么损耗，所以连续工作60年仍比较稳定，但总有一天，随着能量慢慢消耗，这个电堆也会停止运转。
纽曼的能源机
进入20世纪，随着科学理论的不断发展，科学家从根本上否定了永动机的可能性。1911年，美国专利局了一则声明，说不再对永恒运动或自由能源设备发放专利权，因为这种设备在科学上似乎是不可能创造出来的。对一些发明家而言，这意味着他们的工作被科学认可变得更加困难了。自这之后，人们对永动机探索的狂热性逐渐降低了，但仍然有人坚持不懈。
1979年，一个叫约瑟夫・纽曼的美国科学爱好者声称，他发明了一个永动的能源机，其输出的机械动力总是超越输入的电力，能源机效率超过100%。该机器的核心动力原则主要是：空间中的电磁能量可以通过原子或化学链式反应来提取出来，具体来说，就是把一个旋转的永久磁铁嵌入由线圈传导动力的电磁脉冲中，利用线圈的质能转化成扭矩和动力来使机器不断运转。
同年，纽曼试图为该能源机申请专利，被美国专利局拒绝，纽曼随后提起上诉，美国国家标准局为他的设备进行测试，已验证其效用性。让人失望的是，1986年，该设备的测试结果显示，其产出的能量并没有比输入的能量更多。
不过，作为一个未完成高中学业的业余科学爱好者，即使没有人愿意支持他的研究计划，纽曼的奇特思路还是值得肯定的。
大卫・哈默尔的反引力机器
20世纪中期，随着外星人热潮的兴起，永动机也跟外星人挂钩起来了。美国人大卫・哈默尔是一个没有受过正规教育的木匠，在他自述的“难以置信的真实故事”中告诉人们，他被外星人绑架后，被选为自由能源机器和飞船的看护人，获得了很多先进的信息，如果人们相信他，他将能改变世界。
虽然大卫・哈默尔的说法让人很是怀疑，但是，哈默尔指出，他的永动引擎使用类似蜘蛛用来在它的蛛网中从一根蛛丝跳到另一根蛛丝的能量（就相当于平移跳动）。这样的力量能抵消地心引力，并且能让他建造一个飞行器，将人类与给予他信息的外星人聚集，让人类与外星人相见。
关键词：船舶节能混合推进热能回收系统
中图分类号： U66 文献标识码： A 文章编号：
船舶节能系统的不断推进和发展主要是在提高船舶制造技术，关于热力系统等方面的技术改进和创新。船舶制造过程中的节能关键还是余热利用的效果。柴油机产生的热量和废气带走的热量等基本上输出的功率能够达到上万千瓦，因此，船舶设计制造中可以借助柴油机热量，不仅可以用来加热，同时还可以用于制造淡水，大量的节省了能源的利用。船舶中的动力透平（涡轮）或是蒸气涡轮机都能可以利用柴油机废弃排放热量进行发电，以此来提高动力装置的热效率。船舶制造设计过程中的节能装置和减少污染装置等的设置是当前考虑的主要因素，也是本文探讨和分析的重点。
1、船舶节能措施
采取船舶节能措施主要是针对一些老旧船只，提高船舶的最佳航行状态和余热量的利用等。在这方面老旧船的余热利用量比较大，能够很好的节省能源，同时也相应的减少了环境污染的排放量，挖掘潜力巨大。其中，船舶减速航行，最佳船体纵倾节能技术，螺旋桨前置导管节能技术，柴油机余热利用，气象导航节能等的节能技术方法和措施，是比较典型的。但是最能够满足当前社会发展需要的还是老旧船只的淘汰，船舶制造技术的不断提高和创新发展，柴油机余热利用，带给了PTO和PIT很大的能源利用。经过考察研究，混合动力推进技术是最为合适的节能技术，也是值得研讨的课题。
2、混合动力推进系统装置
2.1混合推进装置及主要组成部分的优点
混合推进装置主要由主机、轴带、动力、废气锅炉、动力透平蒸汽透平，发电机、主机离合器等组成。如下图所示：
混合式推进系统装置的主要优点：能够通过主机的余热能量的回收，减小主机的推进功率，进而减少能量的消耗，便于投入运行的船舶进行动力装置的改进，在一定程度上提高了推进装置的返航能力，降低了柴油机的安装功率，优化了电站管理系统，提高了能源的利用效率，同时也提高了船舶冰区航行破冰的能力和级别，进一步的减少了环境污染气体的排放。其中，主要的优势还是体现在节能装置设置的灵活性，便于控制，也给船舶设计保留了更大的空间。
2.2配备余热回收装置的柴油机推进效率
以RTA96C柴油机为例，燃油机在柴油机内燃烧产生的能量如下图所示。，其中是在ISO工况下的100%负荷状况下产生的能量效果，其一种推进效率可以达到49.3%，另一种推进效率能够达到55%左右，经过整合计算出的效率在推荐你作用喜爱提高了11%左右。
2.3排气热量的回收
余热的利用是提高船舶节能比较经济的一种手段。减少废气能量排放的质量需要在提供柴油机涡轮增压器的效率和涡轮废气动力的利用。主要是通过几个比较合理的方式满足船舶节能效果。如，利用主机缸套水或是扫气空气的热能量给锅炉水加热，也可以利用柴油机的热量排放，将柴油机进行特殊设计或是利用直接吸气扫气空气将排气的温度提高。同时也可以利用回收的热量经过加工产生蒸汽，还可以使用比较新型的涡轮增压器，然后经过柴油机的高负荷工况下产生的能力，再经过驱动力透平机进行加工和热化。
以下是排气热量的回收示意图：
排气热量的回收示意图主要利用主机排气和增压空气或是气缸冷却的废气利用给透平发电机的制热装置和制冷装置进行利用。其废气量的使用比较少，因此剩余的一些废气可以供给动力透平，进而提高了增压器的效率和节能的效果。
2.4排气热能回收系统的工作模式
排气热能回收系统的主要工作模式包括三项：电动机，发电机模式以及主推进和可选模式。其中可选模式主要是应急推进，能够保证船舶的安全。如果船舶在运行过程中柴油机离合器脱节，副机就可以给电动机提供电能，保证船舶安全返航。主推进模式主要是在主柴油机的功率不断减少的情况下，通过热能回收系统增加螺旋桨的输出功率。如果热能回收系统所回收的热能量多余的情况下就可以传输给电动机，如果热能回收量比较少不够船舶支配的情况下，就需要借助发电机给予热能量的补充。
3、混合动力推进系统装置应用分析
船舶主机为12RT-flex96C常规推进系统年度成本如下表：其最低消耗电量为1400KW,最高为4900kw，平均耗电量为3150kw，重量油格为200美元/t。
排气量回收系统，其主机运行负荷工况为83.6%，副机热量为5350kw，可回收热量为6350kw，推进系统的热量传递为950kw，具体如下表：
由上表分析可得：混合推进系统具有降低耗油量，延长副机大修的间隔，灵活运用发电机电能，轴电动机能够降低主机的功率。对环境带来好处，减低了耗油量，减少了二氧化碳的排放量等优点。
总结
上述中主要对物流领域中推进动力系统进行了研究，为了减小能源消耗，提高能源利用率，进一步对混合推进技术进行了分析。水上运输是终端用能的重要部分，其节能效果和我国建立资源节约型社会有着直接的关系。因此，在船舶节能技术的改进不仅要保证船舶本省能源消耗减少，同时也要全面的考虑社会能源节约型的建立。近年来，地球上的资源日益枯竭。以石油为燃料的柴油机在船舶动力装置中占有主导地位，但是要保持永久性就比较困难。随着科学技术的不断发展，一种新型的燃料电池，广电池将会在船舶动力装置中实现其高效的实用价值。
参考文献
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【关键词】阻隔；包装；环保；复合
引言
近年来，高阻隔膜材料因阻隔性能优异，且成本低廉、使用方便、透明度好、印刷适应性强、机械性能好等优点，在市场上广泛应用于食品、药品、化学品等产品包装，电子器件封装及燃料电池隔膜等领域，并飞速发展。
优异的阻隔性是高阻隔膜材料的重要特性，包含良好的阻气性、阻湿性、阻油性、保香性等。早期的阻隔膜材料以乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH），聚酰胺（PA），聚偏二氯乙烯（PVDC），聚乙烯醇（PVA）等薄膜为代表。随着食品饮料、医疗、化学品等领域产品强劲的需求推动，对包装阻隔性的要求也越来越严格，现已开发出多种性能优异的高阻隔膜材料，包含多层聚合物复合膜，真空蒸镀复合膜，聚合物/层状纳米复合膜等，本文就各种高阻隔膜材料的阻隔性能、生产技术和应用发展等进行总结和分享。
1.多层聚合物复合膜
由于各种聚合物在性能方面各有其优势和弱点，单一聚合物膜材料很难满足众多产品对多功能性的要求，因此利用多层薄膜复合技术，将两种及以上的单一聚合物薄膜进行复合形成多层聚合物复合膜，使各种聚合物性能优势互补，不仅能提高膜材料的阻隔性能，还可改善热封性、耐热性、机械性能、抗紫外线性能等其他性能。目前研究发展的多层膜复合技术主要有共挤出复合、涂布复合、自组装复合等。
1.1共挤出复合膜
共挤出复合膜是利用多台挤出机对各聚合物进行加热熔融，通过一个多流道复合机头共挤出生产的多层复合薄膜。共挤出复合技术主要用于具有相容性的热塑性聚合物复合，不使用溶剂，环境污染小，生产工序少，生产成本低，在薄膜生产企业中得到广泛应用。
目前共挤出复合膜材料取得新的研究进展，汪若冰等[1]以聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、尼龙6（PA）、乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）四种聚合物作为原料进行熔融共挤，制备五层复合膜材料，其中EVOH和PA6为复合膜的阻隔层，PE为复合膜的热封层。五层共挤复合膜具备高阻隔性和良好的力学性能，是理想的高阻隔包装材料。梁晓红等[2]将EVOH与PE、PA共混改性，制备PE/PA/EVOH/PA强韧性高阻隔复合膜，综合性能优异，具有良好的应用前景。
1.2涂布复合膜
涂布复合膜是将阻隔性聚合物溶解在溶剂中形成涂布液，利用涂布设备将涂布液涂布于基膜表面，干燥熟化后形成的多层复合膜。涂布复合技术可用于难以单独加工成膜的聚合物，如PVDC， PVA等，工艺简单，生产成本低，阻隔性能好，但可能有有机溶剂残留，造成环境污染。
目前涂布复合膜研究取得了很多新进展，桑利军等[3]在PP、PE、CPP（流延聚丙烯）、PET（聚酯）薄膜上涂布2-4um PVDC的复合薄膜，其透气性和透湿性显著降低，应用于制造药品复合包装袋。舒心等[4]以双向拉伸PP、双向拉伸PET、双向拉伸PA或PE等薄膜作为基膜，经电晕处理后，将改性丙烯酸酯类聚合物BARILAYER高阻隔涂布液涂布于基膜电晕面，经5-6小时的室内40-50℃完全干燥熟化后，在涂层面印刷，再复合一层聚烯烃薄膜，最后得到新型高阻氧性塑料软包装薄膜，产品原料易得，价格低廉，阻隔性优于PVDC，且不受相对湿度影响，BARILAYER可降解，燃烧仅产生CO2和H2O，具有环保创新性。
1.3逐层自组装（Layer-by-Layer）复合膜
逐层自组装复合膜是特定聚合物、量子点、纳米粒子、生物分子等，在互补性相互作用下（静电相互作用、氢键结合，配位键和、共价结合等）交替沉积形成的多层复合膜。通过改变沉积周期、PH、温度、分子量、离子强度等条件，获得性能优异的复合膜材料，广泛应用于阻燃、抗菌、气体阻隔等。
当前逐层自组装复合膜也取得了新的研究进展，Fangming Xiang等[5]将聚丙烯酸（PAA）和聚环氧乙烷（PEO）通过氢键结合作用，逐层自组装制备韧性气体阻隔复合膜，当调整PH为3时， PAA/PEO双分子层自组装20层形成高阻隔复合膜，涂覆于1.58mm厚天然橡胶片上，使得天然橡胶片的氧气透过率降低89.6%，阻氧性优异，且氢键结合强度弱于离子键合，制得的高阻隔复合膜具有一定韧性，适合高应变应用。Chungyeon Cho等[6]将聚醚酰亚胺PEI，PAA，PEO进行逐层自组装沉积，通过PEI/PAA离子键合作用和PAA/PEO氢键结合作用，形成PEI/PAA/PEO/PAA复合膜，当调整PH为3，PEI/PAA/PEO/PAA四分子层自组装20层形成高阻隔韧性复合膜，涂覆于1mm厚聚氨酯橡胶片，使得聚氨酯橡胶片的氧气透过率降低93.3%，适用于轮胎等充气用品的气体阻隔。
1.4其他复合膜
除上述多层膜复合技术外，研究还采用逐层浇铸复合、化学接枝复合、共混挤出复合等创新方法，制备阻隔性能优异的多层聚合物复合膜。
董同力嘎等[7]采用逐层浇铸法制备三层可降解左旋聚乳酸PLLA/聚乙烯醇PVA/左旋聚乳酸PLLA复合膜，其中中间层PVA为阻隔层，两侧疏水性的PLLA为保护层。PVA阻隔层显著提高了PLLA的阻隔性，当PVA含量占复合膜比重20%时，阻氧性较PLLA单膜提高了272倍，同时力学性能也有所提升。PLLA/PVA/PLLA复合膜实际应用性更强，且完全符合环境友好型复合膜的开发趋势。
Yuehan Wu等[8]将壳聚糖CS接枝到氧化纤维素OC基体上，化学接枝过程改变了基体微观结构，OC/CS复合膜兼具两种聚合物的性能优势，具有优异的阻水阻氧性、抗菌性、高透明性和良好的机械性能，是安全、可生物降解、性能优异的包装材料。
呼和等[9，10]将EVOH与PA6进行共混挤出后制备丙烯酸乙基己酯EHA薄膜，再与PE膜复合，得到EHA/PE复合膜，研究证明，EHA薄膜阻氧性能很高，EHA/PE复合膜的阻水阻氧性能优于PA膜、EVOH膜和PA6/PE复合膜，适用于冷藏保鲜包装。
2.真空蒸镀复合膜
利用真空镀膜工艺将金属（如铝Al）或者无机氧化物（如氧化硅SiO2，氧化铝Al2O3，氧化钛TiO2）蒸镀在塑料膜表面，制备真空镀铝膜或真空蒸镀陶瓷膜，阻隔性能优异、生产效率高、成本低廉、使用方便，广泛应用于食品包装，甚至电子产品封装领域。陶瓷膜透光率高且绿色环保，是目前高阻隔膜研究热点。
齐小晶等[11]利用等离子体增强化学气相沉积法在聚己内酯（PCL）膜基材表面蒸镀SiOx层，可以提高薄膜的阻隔性能，且不受温度湿度影响，同时符合开发环境友好型材料的需求。
赵子龙等[12]经等离子化学气相沉积法在PLLA薄膜表面上沉积SiOx层，并利用溶液涂布法在SiOx层上涂覆PVA层，制备新型PLLA/SiOx/PVA复合膜，其阻隔性能与PA/PE复合膜相似，柔韧性也得到改善，加上可生物降解的环保优势，可替代PA/PE复合膜应用于食品包装领域，前景十分可观。
朱琳等[13]采用射频磁控共溅射的方法在PP基底膜表面蒸镀TiNx/CFy薄膜，TiNx的体积分数为0.28时，复合薄膜的阻隔性能和柔韧性能最好，解决了传统陶瓷膜的裂纹问题。
3.聚合物/层状无机物纳米复合膜
聚合物/层状无机物纳米复合膜是将能形成纳米尺寸结构微区的层状无机填料分散到聚合物中，形成纳米复合膜。填料的纳米片层结构可以阻挡气体渗入，提高材料气密性，显著改善聚合物的阻透性能。目前层状纳米填料如蒙脱土（MMT）、层状双氢氧化物（LDHs）和石墨烯（GNSs）以其独特结构和优异性能，成为备受关注的研究前沿和热点。
Ray Cook等[14]利用熵增原理制备自组装高度有序有机/无机纳米复合膜，使用喷墨打印机，将0.1-0.2%体积分数的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）水溶液打印为聚合物膜层，将0.2wt%体积分数的MMT分散液打印为纳米层，聚合物层和纳米层通过离子键合自组装为PVP/MMT双分子膜层，当在PET基体上打印5层PVP/MMT双分子膜层后，阻氧性能优于高阻隔性金属PET，且具有高透明性，又安全环保，在食品包装领域具有广阔应用前景。
张思维等[15]以氧化解压多壁碳纳米管的方法，制备氧化石墨烯纳米带（GONRs），然后用异氟尔酮二异氰酸酯（IPDI）对GONRs进行化学修饰制得功能氧化石墨烯纳米带（IP-GONRs）。采用溶液成形的方法在涂膜机上制备功能氧化石墨烯纳米带（IP-GONRs）/热塑性聚氨酯（TPU）复合薄膜。当IP-GONRs含量为3.0wt%，TPU氧气透过率降低67%，阻隔性能明显提高，在食品包装和轻量气体存储器领域存在潜在应用。
豆义波等[16]采用简易抽滤成膜法，制备柔性透明聚乙烯醇（PVA）/水滑石（LDH）复合自支撑薄膜，该复合膜良好的二维有序结构有效抑制了氧气扩散，提升了薄膜阻氧性能，在阻隔性要求极高的电子器件封装及原料电池隔膜等领域有较好的前景。
总结
当前，在食品、药品、化学品产品的强劲市场需求推动下，包装膜材料持续快速发展，产品对膜材料的要求更高，要求开发高阻隔性、保鲜性、耐热性、抗菌性等多功能性膜材料，其中高阻隔膜材料发展迅速。同时随着资源越来越紧缺和人们环保意识增强，开发环境友好高阻隔膜材料也成为热点。未来几年，我们应当继续将高阻隔膜材料作为研究开发重点，缩短与国外高阻隔膜技术差距，满足日益增长的市场发展需求。
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关键词：工科学生；物理化学；本科教学
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）45-0197-03
物理化学课程是化学化工类专业的一门重要学科基础课程，也是学好后续专业课的必要准备。由于物理化学是在前人大量实验资料的基础上进行分析、综合和归纳，从而得到很多的各种定律理论及公式，所以历来的化学化工类学生都对之望而生畏。尽管物理化学公式多、概念多、模型多，但是很多知识源于物理的原理和实验，而且经常用高等数学为工具进行推导和演算。总之，该课程理论性强，逻辑思维性强，抽象概念多，因此，如何在课堂上将物理化学讲授的生动、形象，激发工科学生的学习兴趣就显得尤为重要了。兴趣是最好的老师，学生有了兴趣，教师才能较好的指导。我校涉及工科的化学化工类本科专业主要有：应用化学、高分子科学与工程、化学工程与工艺、环境工程等。以下是我们在课堂教学活动中，关于如何激发学生学习兴趣的一些方法。
一、提出问题法
提出问题，引发学生思考。进行探究式教学是提高学生学习兴趣的重要手段。例如讲授“Carnot循环”一节时，可从Carter小时候观察奶奶烧开水，看到水在锅里沸腾将锅盖顶起来，受此启发，长大后Carter发明了蒸汽机。一种工作在高温热源（锅炉内水蒸汽）与低温热源（空气）之间，源源不断地将高温热源吸收的热转变为功并将部分热量传递给低温热源，其最大效率是多少（工业上能提高生产效率）？然后联系前面讲过的可逆过程特点（系统膨胀对环境做最大功，压缩得到最小功），引出Carnot循环。
又例，讲授偏摩尔量时，理想混合物如苯（A）和甲苯（B），没有体积效应，即Vmix=nAV*mA+nBV*mB，而真实混合物如水（A）和乙醇（B），具有体积效应，即Vmix≠nAV*mA+nBV*mB，为什么呢？这是由于两种分子（A和B）的结构和分子之间范德华相互作用力不同造成的。
二、例举一些与讲授知识紧密相关的自然现象或工业上的应用
实践是认识的来源。认识是主体对客体的能动性反应，这种反应只有在实践中，在主体和客体的相互作用中才能完成实践是认识发展的动力。认识产生于实践的需要，实践为认识的发展提供日益完备的认识工具，锻炼和提高人的认识能力。例如，讲授“Henry”一节前，举例啤酒、碳酸饮料开瓶后，大量气泡从瓶口溢出，问学生为什么？讲授“Raoult”一节前，举例为什么海水在低于0℃结冰？“表面物理化学”一章涉及许多自然现象或应用，例如，讲授“表面张力”一节前，可举例为什么水滴自动形成球形？可从以下两个角度进行解释，若形成不规则形状，则各处的曲率不同，附加压力不同，不稳定；形成球形表面积最小，则表面吉布斯自由能最小。讲授“附加压力及Kelvin公式”一节前，可举例如下：人工降雨；干旱的稻田土壤龟裂，在缝隙里比较湿润；香菇干在梅雨季节若没有密封包装，则容易受潮；等等。Kelvin公式可以解释两种重要的现象：（1）毛细凝聚现象：在多孔固体表面，水蒸汽被吸附时，在细孔道内弯曲液面上的蒸汽压比平液面上小，容易发生凝聚。例如，干香菇在梅雨季节很容易受潮；多孔性结构的物质如活性碳、硅胶等常作为干燥剂；泥土中孔道和缝隙常常保持潮湿状态；等等。（2）亚稳状态的存在：例如过饱和溶液、过热液体、过冷液体、过饱和蒸汽等亚稳现象。亚稳状态在热力学上不稳定，在动力学上却能保持暂时稳定的状态。讲授“固体表面吸附”一节前，可举例活性炭用于蔗糖汁脱色制白沙糖。
三、例举一些与讲授知识紧密相关的物理化学实验
实验是一种实践，它是感性的，而理论是理性的。从感性上升到理论是逻辑必然，是认识更加深入的过程。理论指导实践，反过来实践或应用推动理论的发展。从生动、鲜活的实践提炼上升到理论是认识的飞跃。例如，讲授“热化学―等压热效应与等容热效应”一节前，讲述氧弹量热器测量物质燃烧热―等容热效应，如何换算为等压热效应？从Gay-Lussac-Joule实验讲授理想气体热力学能变和焓变，从Joule-Thomson实验讲授实际气体的热力学能变和焓变及其节流膨胀的应用，从铋―镉相图的步冷曲线测量实验讲述简单的低共融二元相图等。
四、类比法
类比推理是一种重要的思维手段，类比教学法对于引发学生的学习动机、帮助学生理解抽象的事物和概念、发展学生的求异性思维以及培养学生学习的主动性具有重要意义。类比教学法在课堂教学中被广泛运用，形式多样，但是类比教学的运用也有一定的局限性，类比的运用要适度，不能盲目依赖。例如，讲授“电解质溶液的电导”一节时，将离子导体与金属导体进行相应的对比讲述，让学生对这两种导体的特点、影响导体电阻的因素等有明确的认识。再比如，可以提问学生，电化学反应其实也是一种氧化还原反应，那么，这种氧化还原反应与普通的氧化还原反应有何区别？引导学生经过思考后加深对电极反应的认识。
五、讲述科学家的生平故事，特别是他们的科学精神
讲述科学家的生平故事，可激励学生以他们为榜样，勇攀科学高峰。涉及的物理化学家主要有：Carnot、Joule、Clausius、Gibbs、Helmholtz、Claperon、Faraday、Nernst、Arrhenius等。比如在讲Ag|AgCl电极时，可以讲周公度先生的一个亲身经历。周先生早年在北大做实验助理教师时制备Ag|AgCl电极，第一次制备时发现电极上有一个黑点，他一开始认为可能是实验操作问题，然后重新做，结果第二次还有，这时，他认为这可能不是实验操作的问题，而是有相关实验现象产生。于是，周先生对电极上的黑点进行了详细的结构分析，结果发现了一个文献中还没有报道过的晶体结构，并将研究结果发表在国际相关主流学术期刊上，该研究成果奠定了其在国内结构化学领域的领军地位。经过这一事例可以教育学生要善于发现问题，并勇于解决问题。这一点不仅可以教书，而且还可以育人。
六、学生课堂练习法
讲授气体混合物中各组分的化学势――理想气体及其混合物的化学势时，先让学生做以下例题。
计算1.0 mol理想气体在等温下从标准压力P变化到任意压力P化学势的变化。
标准态：在T、P的纯理想气体。以上就是化学势表示式。
七、介绍科技前沿法
教师在教学过程中应当结合现代科学技术的新发展，把一些与课程有联系的最新科技进展穿插在理论的讲授中，学生通常对这部分比较感兴趣，既拓展了学生的科学视野，也提高了学生的学习兴趣。例如教授“化学电源”一节，除了介绍教材上列举的蓄电池（如铅酸、金属氢化物―镍电池等）和燃料电池，还补充介绍了目前广泛使用的锂离子电池。随着全球矿物能源的日益减少和环境问题的日益突出，对于新能源的利用和研发越来越重要，因此特别介绍了锂离子动力电池和超级电容器作为替代轿车传统发动机的能源动力，可达到减少环境污染和减少对石油的依赖。
八、提问学生法
对于比较容易和简单的讲授内容，可采用此法。一方面可提出下面讲课的内容，另一方面可检查学生的预习情况。例如讲授“Hess定律”一节时，可以提问学生：Hess定律的内容是什么？Hess定律在什么条件下成立？等问题。
此外，还有先讲结论法、归纳法、演绎法等。总之，要根据授课内容来选择合适的激发学生学习兴趣的方法。让学生感到物理化学重要（是其他化学基础课程的理论基础）、有用（工农业生产应用，解析自然现象等）、形象而不抽象，达到学生自觉和主动学习的目的，从而促进学生掌握物理化学知识。
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