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硅谷钢铁侠下一步该做什么
埃隆·马斯克是一位奇才,是电动汽车特斯拉、SpaceX太空探索技术公司、太阳能城市光伏发电公司,四家公司的总裁.因为马斯克12岁就卖出了他自己编程的首款游戏,加上他是个创新和经营能力超群的天才冒险家,并认为自己的人生使命是拯救人类,所以人们称他为“钢铁侠”.
钢铁侠是美国人崇尚的超级英雄之一,铜头铁臂、上天入地,保护人民、惩恶扬善.马斯克不只是崇尚或幻想神通广大、拯救人类,他正在努力实现自己的超级英雄梦.美国东部时间2017年2月19日上午9点39分,猎鹰9号火箭从肯尼迪航天中心具有历史意义的39A发射台成功发射,并完成对一级火箭的回收,为国际空间站运送约2495千克的货物,重启商用“ 太空物流”.
可以说,马斯克的互联网、清洁能源和太空梦想已经实现,剩下的只是如何早日移民火星的梦想.移民火星装备研制中美国内华达州的沙漠上正在建造了一个形如火星殖民地的巨大的工厂,名为吉格工厂(Gigafactory,Giga表示10的9次方,即10亿).特斯拉计划在这里制造一种单一的组件：电池.
电池作为有毒的产品,必须仔细设计,以避免灾难性的过热.一个好的可充电汽车电池会让你节约10,000美元左右.可再充电电池通过执行可逆化学反应来存储能量,其中离子存储在正极和负极之间,并在正极和负极之间流动.好的材料,例如特斯拉和三星的电池常用的锂化合物,可以储存大量能量,但充电和放电缓慢,而且在充电和放电时会变热.锂离子电池需要微小的分离器,以保持组件分开,如果这些设计不当或损坏,它们可能会造成短路,损坏电池的其他部分,导致反应失控,引起电池爆炸之类的事故.针对这种危险性,化学家们一直在研制更好的电池材料.但电池中的化学反应并不是唯一存储电荷的途径,还有一个重要元件——电容器——也可以储存电荷.马斯克在美国斯坦福大学读了两天博士就退学经商了,当时他的专业就是电容器研究.电容器的能量存储在金属电极之间的电场中,因为充电和放电极快且不会因充电次数多而折寿的优点受到关注.但是,现在电容器单独作为供电设备,只应用于照相机的闪光灯之类耗电小的电器中.原因是,电容器的储电量不够大.我们知道,每千克汽油含有约4千瓦时的能量,是目前特斯拉电池储能的30倍.而传统的电容器储能更低,是特斯拉电池储能的千分之一,每千克只含有0.1瓦时的电量.也就是说,如果你的车加满一箱油可以跑500千米,用同等重量的传统电容器只能跑16米多.
电容器能存储多少电荷,取决于其电极的表面积.1966年,科学家制造了一个电容器,其中电极涂有薄的碳层,碳层布满了密密麻麻的小孔,使其内部表面积增大10万倍左右.其存储的能量是传统电容器的10倍.
20世纪90年代,小型超级电容器已经实现商业生产.如果电源出现故障,它们可以为计算机提供即时、短暂的备用电源,使计算机安全关机.但电容器为汽车供电还有很长的路要走.
神奇的椰子电容器的发展在之后一段时间内一直没有太大突破,因为这种电极上涂的碳层,其材料来源长期以来都是由椰子壳加工而成的.其加工过程是将椰子壳在无氧烘箱中加热到600℃,以除去碳以外的所有元素,然后加工处理而成.
椰子是如此便宜和方便的碳源,加工后的性能也一直很稳定,以至于长期没有人去寻找其他材料.但是,椰子有很多天然污染物,其加工过程是有毒和昂贵的.对于环保主义者马斯克来说,椰子显然该被抛弃了.
亟待突破的绿色发展马斯克希望能源的供应不仅仅低廉,而且可靠和绿色.根据联合国的报告,可再生能源如风能和太阳能,在2016年占美国新能源发电能力的三分之二,在全球超过一半.但一方面,电力需求变化很大,冬天和夏天、白天和晚上都不一样；另一方面,可再生能源的供应是间歇性的,风不总是吹,太阳并不总是闪耀.
这个问题可以通过智能电网得到解决.智能电网可以通过不断地监测和调节从各种可再生能源发电机到消费者的能量流,达到能量均匀持续地供给.但这不可避免地意味着必须有备用的存储电力设备.于是,添加超级电容器仍是一个亟待突破的改进.
如何在电容器中储存更多的能量,并优化其生产制造过程、降低其成本是“钢铁侠”马斯克以及他的团队仍需继续努力的方向.也许有生之年,我们不用花太多钱,就能利用他们研制出的可以秒速充电、放电的超级电容器为动力上火星.
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