這是一篇蠻持平客觀的分析、說明..... 電動車和你想的不一樣:只是炒作?真的會造成缺電嗎?專家一次說清楚(12/30/2020 風傳媒)
"你應該知道的是:豐田汽車社長痛批,電動車若更加盛行,可能造成日本大缺電,此一說法引發外界熱烈討論。如果電動車滿街跑,到底會不會缺電?電動車只是炒作的話題嗎?作者以專業背景解釋,電動車對解決大城市嚴重空氣污染將有顯著成效,但能源轉型困境並未因此紓緩,能源問題人人有責,不能把責任推給政府。"
作者:曲建仲 / 台大電機博士,知識力專家社群創辦人
近年來空氣污染讓大家忍無可忍,溫室效應造成的氣候暖化日益嚴重,讓世界各國政府推出新的碳排放法規,不約而同喊出 2030或2040 年禁售燃油車的口號,許多車廠被迫積極開發電動車,彷彿電動車能夠解決人類的空氣污染與能源問題,豐田社長怒批世界各國政府力推電動車只是炒作,許多人可能認為那是豐田(Toyota)眼見特斯拉(Tesla)股價節節高昇而吃醋,所以電動車真的是未來環保的新希望嗎?事實恐怕和你想的不一樣?
電池的構造與原理
所有的電池都具有陽極(負極)與陰極(正極),基本上都是由陽極(Anode)發生的化學反應產生電子(Electron)與陽離子(Ion),電子流入元件可以推動元件工作,也就是我們所稱的電能,如圖一(a)示;陽離子則經由電解質穿越多孔性的隔離膜到達陰極,如圖一(b)所示;最後陽離子與電子在陰極(Cathode)結合,如圖一(c)所示。
電池的陽極(Anode):是我們所稱的「負極(Negative electrode)」。電池的陰極(Cathode):是我們所稱的「正極(Positive electrode)」。
兩者恰好相反,千萬別弄錯了唷!大家可能會好奇,為什麼會恰好相反來造成大家的困擾呢?因為化學家定義放出電子的叫「陽極」;而陽極放出電子,代表陽極必定帶負電(同性相斥、異性相吸),所以物理學家稱陽極為「負極」。
不同的鋰電池主要是陰極材料不同
不同的鋰電池其實主要是使用的陰極材料(正極材料)不同,目前最常用的陰極材料共有四種:鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰鎳氧化物(LiNiO2)、鋰錳氧化物(LiMn2O4)、鋰鐵氧化物(LiFePO4),其中大家常聽到的「三元鋰電池」其實是陰極材料使用鈷鎳錳酸鋰三元化合物的鋰離子電池,其中三元是指包含鈷(Co)、鎳(Ni)、錳(Mn)三種金屬的化合物,而電解質主要是使用六氟磷酸鋰液體,負極材料一般是使用石墨。
固態鋰電池未來發展值得關注
由於現在的鋰電池所使用的電解質是液體,容易發生漏液汙染、易燃爆炸等問題,而固態鋰電池的電解質是固體,不會因為隔離膜破損就導致陰陽極接觸短路爆炸,而且固態鋰電池的密度和結構可以讓更多帶電離子聚集傳導更大的電流提升電池容量,此外固態電解質不可燃、無腐蝕、不揮發、不漏液等特性,不像傳統鋰電池的液態電解質含有易燃有機溶液,需要降溫、防撞擊、防穿刺等安全裝置。
電極材料與液態電解質容易完全接觸,但是和固態電解質接觸不如液體,造成介面阻抗過高,影響整體電池效能,而且固態電解質製程良率低價格高,仍然有許多困難。日本Toyota公司預計2022年推出全固態鋰電池的電動車,美國Fisker公司為固態鋰電池申請專利,能量密度可達傳統鋰電池的2.5倍,法國Bollore公司已經量產固態金屬鋰聚合物電池,德國Bosch公司收購美國Seeo公司研發固態鋰電池技術,QuantumScape公司的鋰固態電池號稱15分鐘可以充飽80%股價大暴漲,由於廠商投入資源研發未來發展可期。
電動車的普及有賴電力基礎建設
電動車要充電,但是如何充電是個大問題,像Gogoro的電動機車一個電池只有9公斤,使用者可以到電池交換站自行更換電池,但是Tesla電動車的電池重達500公斤以上,只能以定點充電的方式進行,即使目前的規格要求在1小時內完成充電,使用者是否能在加電站等1小時卻是個問題。
如果必須把車開回家在停車場充電,最大的問題是目前的電力基礎建設不足,假設大樓停車場有100個停車位,每個都設置插座,當100台電動車同時充電時,大樓的變壓器無法承受如此巨大的電流,因此整個電力基礎建設,包括:變壓器、變電所、高壓電塔都必須重新設計才能達成,聽起來就不是短期內可以做到的事,可能的解決方法是在大樓停車場建置大型儲能電池,當大量電動車充電時可以由大型儲能電池供電,考慮到成本與安全,大型儲能電池使用釩電池或鋁電池是未來可能的發展方向。
電動車不會排放廢氣 更環保而且節省能源?
由於我們的發電廠是以高壓交流電(AC)傳送到使用者家中,再以「電源供應器(PSU:Power Supply Unit)」轉換為直流電(DC)才能對鋰電池進行充電,如果使用的是交流馬達,則鋰電池供電時要再轉換為交流電(AC)給馬達供電,每一次的電源轉換效率大約80%~90%,因此這樣轉來轉去其實浪費許多能源。根據德國慕尼黑經濟研究院(IFO:Institute for Economic Research)發布的一份研究報告,考慮電動車的碳排放量時,如果將鋰電池的生產製造、能量轉換,以及供電過程中發電廠發電所排放的二氧化碳算進去,電動車的二氧化碳排放量會比傳統燃油汽車高。
根據IFO的資料,最環保的能源形式是使用「甲烷」,也就是我們家裡用的天然瓦斯,它與一般的「瓦斯車」類似,差別在目前瓦斯車使用的「液化石油氣」是丙烷和丁烷的混合物。以甲烷為主要動力的內燃機(引擎)可以使汽車減少碳排放量,而且甲烷裡含有的氮化物、硫化物等雜質更低,是汽車製造商可以採用的環保能源,搞了半天最環保的竟然是瓦斯車,看來豐田社長怒批電動車只是炒作算有幾分道理,不過瓦斯車還是會排放二氧化碳,無法解決溫室效應的問題。
電動車只能改善空氣污染 無法解決能源問題
充電站裡的電是那裡來的呢?還是由發電廠來的,說來說去,又回到了最原始的火力、水力、核能發電來提供,核能目前被社會接受的可能性很低,在台灣想蓋水庫都很困難了更別說水力發電廠,因此又回到最原始的火力發電,不論是使用天然氣或煤碳,最後還是免不了要造成空氣污染的,因此有人說電動車只是把城市裡的空氣污染,轉移到郊區發電廠而已。台灣目前全力推動太陽能與風力發電,這是應該做的,只是核能電廠要除役,太陽能與風力發電只怕用來補上這個電力缺口都不夠,沒辦法多出來給電動車使用。
汽柴油車與火力發電廠最大的差別,在於對污染物的控制,汽柴油車滿街跑到處噴廢氣,只能使用觸媒轉化器進行處理,由於價格與體積的限制,無法對廢氣有效回收處理;而發電廠是將廢氣集中處理,可以使用更昂貴體積更大的工業設備對廢氣有效回收處理,污染的確變低,因此使用電動車一定會減少城市的空氣污染,再加上近年來電池從製造方式到回收技術都快速進步,發展電動車仍然是重要的選項之一。
氫能與燃料電池被視為終極環保能源但是困難重重
傳統電池直接使用化學反應產生能量,優點是能量轉換效率很高(80%以上),但是充電需要比較長的時間;而使用燃料以內燃機(引擎)進行燃燒反應產生能量,優點是可以直接補充燃料,但是使用內燃機的能量轉換效率很低(30%以下),科學家開始思考,有沒有一種方法同時具有「電池」與「燃料」的優點呢?於是燃料電池從此誕生了。
燃料電池和傳統電池的原理相同,都是將活性物質的化學能轉換成電能,但是傳統電池的電極本身是活性物質,會參與化學反應;而燃料電池的電極本身只是儲存容器而已,並不會參與化學反應(觸媒只用來引發化學反應),必須將活性物質加入電池內,就好像我們的汽車補充燃料一樣,才能產生化學反應形成電能,是一種要補充燃料的電池,故稱為「燃料電池(Fuel cell)」。
儲氫技術價格偏高目前仍然無法擺脫石油
燃料電池使用氫氣與氧氣反應產生水,反應後排放的氮化物或硫化物極少,幾乎沒有任何污染,因此被視為終極環保的再生能源。但是燃料電池必須使用氫氣做為燃料。高壓儲氫技術如何把又大又重又危險的氫氣鋼瓶放在車上是個大問題;因此有國外公司開發出可以承受700大氣壓的航太複合材料儲氫瓶,可以取代氫氣鋼瓶,Toyota公司更在推出氫燃料電池車款Mirai,創下單次加滿氫氣可以行駛500公里的紀錄,已經是成功的商品了,那麼它的問題到底在那裡呢?
首先車上放了一個壓力這麼大的儲氫瓶是否安全是個問題,氫氣的來源則是更大的問題,大家都知道電解水可以產生氫氣與氧氣,問題是電解水產生氫氣的成本很高,而且這些電還是來自發電廠。為了降低成本,目前工業上主要是將碳氫化合物 (石油)以「 蒸氣重組」(Steam reforming)的方式分解生產氫氣,搞了半天還是要以石油做為原料,看起來人類要擺脫石油還真困難。
為什麼世界各國都訂定2030或2040年禁售汽柴油車?
很有趣的現象,世界各國都訂定2030或2040年全面禁售汽柴油車,為什麼是這個時間呢?主要還是覺得前面介紹的這些問題,包括充電站建置、電力基礎建設、新建大型發電廠,或是太陽能、風力發電等新能源開發,大約需要20年時間,因此選擇了這個時間點,問題是如果時間訂定了,卻沒有看到政府加蓋發電廠,那時間到了要怎麼辦呢?
不過各國政府爭先恐後這樣「宣誓」,還有一門不可言傳的心思,那就是老百姓對空氣污染已經忍無可忍,但是眼見要解決這個問題困難重重,宣誓「2040 年」禁售汽柴油車,等於是給老百姓一個交代,反正2040年是 20 年以後的事了,到時候站在台上的一定不是現在宣誓的這個人,這種只靠嘴巴說說就可以成功的「政績」,何樂而不為呢?
能源問題人人有責 不能把責任推給政府
經過前面的介紹,大家一定發現人類的能源問題沒有這麼簡單,政府該做的不只是靠嘴巴宣誓禁售汽柴油車,而是必須認真開始發展綠色能源。目前最大的問題在於:電價太便宜,造成使用者沒有節約用電的習慣,各種價格較高的「家庭能源管理系統」(HEMS:Home Energy Management System)乏人問津,電價如果真的大漲又會造成物價波動,受限於選舉與政治因素,要讓電價上漲也是困難重重,只能靠我們自己養成時時節約能源的習慣,才是最有效的方法。
責任編輯/周岐原
完整圖文內容請見:
https://www.storm.mg/article/3340151?mode=whole
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【周逸老師提供】109學測化學科準備方向
剩不到兩週就要學測了!!
到底最後14天讀哪些書?
考古題到底要寫幾次?或是要寫到哪個年份?
為什麼很多高手都會失常?
或是你知道失常其實可以避免嗎?
在此提供幾個"學測化學準備"方向
1.不要貪多,也不要認為自己永遠沒有準備完
很多本來高手都在考前怕自己沒有觀念沒複習到
練了很多難題,搞錯了學測的方向
導致於所謂的"失常"就是如此
2.因此請讀懂文章後面附的重點
並且將過去模擬考、學測考古題錯的地方訂正
不僅要知道正確答案,也要知道錯誤的選項錯在哪
另外還有今年的諾貝爾獎得主、或是時事(煙霧彈)
https://www.facebook.com/chouyeeee/photos/pcb.2430193523765272/2430193467098611/?type=3&theater
https://www.facebook.com/chouyeeee/photos/pcb.2518576814926942/2518567341594556/?type=3&theater
3.學測的八個實驗一定要看,這都會基本的出題數
實驗一 物質的分離
實驗二 硝酸鉀的溶解與結晶
實驗三 化學反應熱
實驗四 簡易的化學電池
實驗五 常見化學反應的型態
實驗六 分子在三度空間的模型
實驗七 有機物質的一般物性
實驗八 界面活性劑的效應
那麼,更詳細章節的準備辦法就請看文章吧
祝大家學測順利
【周逸老師提供】
109學測自然(化學科)準備重點
一、重點掃瞄
(口訣:137章先念、26一起念、58一起念、4今年時事)
學測化學一共考基礎化學(一)(二),共八大章,首先我們要知道大考的重點章節在哪,放眼近三年考題不難發現,物質的組成(19%)、化學反應和反應熱(17%)和有機化合物(26%)這三大章節讀完便掌握了高達六成的範圍。
另外週期表可以和物質的構造一起念,重點在於金屬、非金屬的特性、電子排列、還有元素週期性,以及如何用熔沸點、導電度等性質判斷物質內部存在哪種引力
而常見化學反應中,三大化學反應:沉澱、酸鹼、氧化還原幾乎每年都會出題,但考題趨勢不用琢磨於繁瑣計算,而是把基本定義弄懂,並能夠指出一般化學技術是使用那種原理即可。建議可以和化學與生活一併念。
最後今年的諾貝爾化學獎得獎主題為鋰離子電池,所以強烈建議考生要熟讀電池的機制,包含正負電極、陰陽電極的定義,以及充放電時,裝置間的連接方式。另外雙杯電池、酸性乾電池、鉛蓄電池、氫氧燃料電池的材料和電解質也是歷年電池的重點。
實驗的部分每年穩定會考2題左右,重點可以放在物質分離(層析、萃取、蒸餾)還有界面活性劑的實驗,準備上要去思考實驗所用到的原理,以及實驗裝置的架設。
二、準備方法和考試技巧:
歷屆試題把近三年算完,不只是選出正確答案,還必須把錯的選項給訂正,才算是真正寫完。
其實近年來的題目所使用的觀念、計算並不算難,但是題目的資訊量極大,所以如何從題目中找到解題的資訊是決勝關鍵。建議學生在閱讀題目時,要練習圈選關鍵字,提醒自己這篇文章的重點,並利用邏輯將題目的資訊串連,在考試時快速消化資訊。
至於考試中如果遇到一直想不出來的題目,可以先跳過,等待整篇寫完再回頭處理,畢竟自然科110分鐘要完成68題(19頁A4),還得留時間畫卡,在答題的時間掌握上必須要注意。
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《營養師的紐西蘭自煮生活 Week 20》
☀鮮味豬腳:加上一碗飯,適合每日1800大卡的均衡飲食
總算又恢復了均衡飲食了~~XDDDD~最近紐西蘭的天氣開始慢慢轉熱了(終於......),但還是帶有點涼意的感覺,就索性用特價中的豬腳肉,除去了皮與皮下脂肪,清燉了一鍋昆布海帶豬腳,只可惜這裏沒有壓力鍋,不然豬腳應該可以在更短的時間內,燉得更軟嫩好吃。但我實在懷念極了昆布的味道~~
既然提到了昆布的味道,那就得要提一下「鮮味」了。根據科學上的定義,目前的基本味覺包含了「甜」、「鹹」、「苦」、「酸」、「鮮」,而各種味道其實都有它們對於人的意義:
甜:食物裡富含碳水化合物,充滿能量。
鹹:食物裡富含維持身體機能的離子,例如鉀或鈉。
苦:食物裡可能帶有有毒物質。
酸:蔬果已經成熟。
鮮:食物中含有蛋白質與胺基酸。
而且這些味道其實會彼此影響,甚至拉升我們對於食物的喜好,即向近期的研究發現,「鮮味」與「鹹味」,非常登對,所以再充滿鮮味的湯頭裡,加一些鹽巴,就會讓暖暖的湯頭充滿幸福的味道;「鮮味」與「甜味」,形同陌路,也因為這樣,我們也不會想再紅豆湯裡加些味精;「鮮味」與「苦味」,遮蔽效應,在咖啡中加入一些些味精,會發現咖啡原本的苦味會因此消失,味道就是如此有趣。
而在這一鍋燉豬腳中,我放入了很多富含鮮味的材料,包含有「豬肉」、「香菇」、「蘿蔔」、「昆布」、「芹菜」、「洋蔥」等等,配合著「八角」、「丁香」、「月桂葉」等香料,無論是由冷轉熱的紐西蘭,或是由熱轉冷的台灣,都適合來上熱熱的一碗歐!
煮了一鍋可以吃兩三天的營養師 青菜
參考資料:
Umami flavour as a means of regulating food intake and improving nutrition and health.
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非共價鍵物質的路易斯結構式。(0:00) 目錄:(0:25) 原子(2:50) 離子(5:31) 離子化合物 NaCl, MgCl2, Na2CO3(9:25) 練習(9:40) 重點整理配合高中必修 ... ... <看更多>
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八隅體規則的定義為原子與原子結合時,傾向於與何種物質具有相同的電子組態,則 ... 離子化合物所組成的晶體,其形狀與離子的排列有關,右圖為氯化鈉的晶體結構,則由 ... ... <看更多>
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氯化銀由沉澱表可以知道難溶於水................................(1)
但是氯化銀如果不是離子化合物就不適用離子鍵接起而是用共價鍵
這樣就表示氯化銀有極性分子(結構式非對稱,導致分子偶極≠0)
水也是極性分子,所以兩個極性分子會互溶.........................(2)
但這樣(1)(2)就矛盾了
所以氯化銀是離子化合物?
但這張表又告訴我說氯化銀非離子化合物
https://ppt.cc/tP1e
以單原子來看
金屬: 1A 2A 3A 非金屬: 6A 7A
符合以上接起來才是離子化合物,但是銀非1A 2A 3A的元素
所以這要怎麼解釋呢?謝謝
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