不“锂”我后果很严重!普通玻璃杯泡茶你会把玻璃喝到肚子里


       200年来,人类对锂的应用一直在孜孜探索。锂被发现后的一段相当长时间里,并未有重大突破,仅仅在玻璃陶瓷业、冶金工业、制药业等行业,使用了为数不多的锂化合物。


       核聚变武器是锂历史上第一次令人震撼的重大应用,但人类应该为此感到遗憾而蒙羞。今天,人类正大规模和平应用锂矿,对锂资源需求正处在爆发式增长时期。

锂的世界年产量图示(单位:1000吨/年)

       笔记本电脑、掌上电脑、手机和电动汽车所以能广泛普及或正方兴未艾,锂离子电池功不可没,而锂是第一功臣。有人甚至认为,内燃机的发明使石油成为全球最大宗商品,电动汽车有一天也会使锂元素做同样的事情,锂成为“固体汽油”全面替代汽油,驱动汽车。事实上,美国麻省理工学院有研究人员认为,如果电池技术的提高与一些政府的估计是一致的话,到2020年,98%的私人汽车将可以用电动汽车取代。

1.研发应用  上下求索

       其早先的主要工业用途是以硬脂酸锂的形式用作润滑剂的增稠剂,其兼具高抗水性,耐高温和良好的低温性能。

       锂玻璃的溶解性极低,如果使用的普通玻璃杯泡热茶,那么每一杯茶中会溶解约万分之一克玻璃,但在玻璃制造中加入锂,锂玻璃的溶解性降为普通玻璃的1/100,锂玻璃基本做到了永不溶解,还可以抗酸腐蚀。

       在冶金工业上,利用锂能强烈地和氧、氮、氯、硫等物质反应的性质,充当脱氧剂和脱硫剂,铜冶炼过程中,加入十万分之一到万分之一的锂,能改善铜的内部结构,使之变得更加致密,提高铜的导电性。

       在优质特殊合金钢材中,锂是清除杂质最理想的材料。

       软的纯铝中加入少量的锂、镁、铍等金属熔成合金,既轻便,又特别坚硬,用这种合金来制造飞机,能使飞机减轻2/3的重量。

2.锂是重要的氢气源

       2公斤氢化锂分解后,可以放出氢气566千升,如果飞机失事坠落在水面时,只要一碰到水,氢化锂就立即与水发生反应,释放出大量的氢气,使救生设备(救生艇、救生衣、讯号气球等)充气膨胀,是名不虚传的“制造氢气的工厂”,第二次世界大战期间,美国飞行员备有轻便氢化锂丸作应急之用。

海上救生阀(锂化氢释放氢气)

       锂对中枢神经活动有调节作用,能镇静、安神,控制神经紊乱,锂在医学上有广泛的制药用途。

3.锂能的应用

       相比之下,锂最广泛而重要的用途,当属锂能的应用。而锂能的应用包括三个方面,动力燃料、核能和储能。

       锂是用作火箭等燃料的最佳金属之一。1千克锂燃烧后可释放42998千焦的热量。用锂或锂的化合物制成固体燃料来代替固体推进剂,用作火箭、导弹、宇宙飞船的推动力,不仅能量高、燃速大,而且比冲量极高,发动机利用一公斤锂燃料可以持续290秒或以上一直产生一公斤的推力。

       真正使锂成为首次举世瞩目的金属,是其优异的核性能被发现后,用作核聚变武器的生产,时为1950-1960年代的冷战时期,这是人类首次对锂的显著需求期,遗憾的是,其用途是恐吓与战争。

氢弹爆炸试验(引自网络)

       质量小的原子氘或氚,在超高温和高压等条件下,原子核互相聚合,生成新的质量更重的原子核,并伴随着巨大的能量释放,这种核反应形式就是核聚变。

       自然界中氚极少,每克的价格在几万美元左右,可见其稀缺性。锂6可以生产出氚,是氚的唯一工业原料。锂6吸收一个热中子后,变成氚并放出能量。高浓缩度的锂6成为生产氢弹、中子弹、质子弹的重要原料,锂工业得到了迅速发展。鉴于它在原子能工业上的独特性能,人们开始称锂为“高能金属”。

核聚变图示

       现在,令人欣慰的是,全球科学家正在合作研究和平利用受控核聚变发电。2050年前后,预计受控核聚变发电将广泛造福人类。1kg锂通过热核反应放出的能量相当于20000多吨优质煤的燃烧,核聚变能可谓取之不尽用之不竭。更令人鼓舞的是,1990年代起,锂离子电池的发明和应用,开始广泛应用于人类的进步与和平,锂第二次受到全球瞩目,并得以在能源行业成功崛起。

锂离子电池充放电原理示意图

4.锂离子电池应用于汽车

       从前,汽车都是由燃油驱动。现在,纯电动汽车正走在替代燃油汽车的路途上。纯电动汽车,相对燃油汽车而言,主要差别(异)在于四大部件,驱动电机,调速控制器、动力电池、车载充电器。它不加燃油,而是由车载动力电池供电。现阶段和未来一段时间,主要是锂离子电池作电源。1997年12月,丰田汽车公司首先在日本市场上推出了世界上第一款批量生产的混合动力轿车PRIUS。


中国新能源汽车产量及增速


中国新能源汽车销量及增速

       较高的安全性、可充电性、高容量性,并且体积较小,锂离子电池这些优越的性能加上盐湖锂获取的低成本,越发激发了企业家和科学家得以投入更多的精力与热情研发相关产品。从电脑、手机等信息终端的微型化,到汽车的电动化,再到将来储能设备家庭化、核聚变能锂能,将把我们人类世界照耀的越来越长久而光明,将把我们载入绿色环保的电动之车并驶向更美好的彼岸。

未来锂储能之应用(据有关资料综合翻译制作)


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