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能源问题就好像一枚硬币的两面，一面是我们从哪里取得能源，就是能源的采集问题，笔者在上几期中已经简要地介绍了几种主要的新能源，尤其是可再生新能源，包括风能、太阳能等，另一面是如何储存采集到的能源，我童年的时候，看过一部叫做《变形金刚》的动画片，对片中“擎天柱”和“霸天虎”争夺能量块的情节记忆犹新，因为能量块可以供他们完成星际旅行，动画片的情节很精彩，可是在现实中，能量的储存就不那么简单了，能源储存的问题不仅仅是国际科学界和工程界非常关心的学术问题，它已经开始牵动社会的敏感神经，因为它的解决关系着国计民生，甚至关系着国家安全。
能源储存的分类
能源储存从宏观上大致可以分为两种：其一是化石能源的储备；其二是非化石能源的转化和储存，我们知道化石能源包括煤炭、石油和天然气等，这些能源是以实体物质的形式存在的，具有质量和能量的一一相对应关系，化石能源可以通过各种方式转化成固态或液态，从而方便地运输和储存，对于化石能源，一个国家或地区通常可以通过制定相应的政策、战略，进行储备，办法包括对本国已经探明的储量不开采或者推迟开采：或者建立国家能源战略储备库，大量购买别国的能源，将其储存起来暂时不用，比如美国从中东大量购买原油，而对本国的原油不加开采，就是个例子，我国目前认识到了化石能源储备的紧迫性，已经拥有了第一批能源储备库，据悉今后将逐步扩大储备容量，第二种，即非化石能源的转化和储存，这是本文所关注的，它的难点不在于政策层面，而是在技术层面，
非化石能源为什么需要储存?很多种新能源虽然能量强大，资源丰富，但我们并不能直接拿来使用，比如风能中蕴涵的机械能，或者太阳光中的电磁波能，大部分情况下部是无法直接使用的，当然了，风能可以帮助航船，太阳光可以帮助取暖，但是你不能用风能煮饭吧，这里顺便插一句，机械能是否可以储存并派上用场呢?答案是肯定的，举个例子，压缩空气动力汽车，它的发动机可不是由燃烧汽油或者柴油产生大量气体，然后通过气体膨胀推动活塞来取得动力的，压缩空气动力汽车没有油箱，有的是一个高压气罐，车发动之后，高压气罐里输出高压空气，推动发动机的活塞做功从而驱动汽车，这是一款真正的“气车”，你一定有过这样的经历，吹了一个很大的气球，但是气球嘴儿没有扎好，结果气球跑掉了，并且在随后的几秒钟内飞来飞去，其实飞动的气球和压缩空气动力汽车的动力原理是一样的，这个例子说明机械能也是可以储存的，目前压缩空气动力汽车还处在概念车阶段，由于高压气罐需要的材料特殊，对于安全要求非常严格，所以造价昂贵：同时由于气罐中储存的机械能有限，所以这种车跑不了很远：重要的是这种车的运营需要配套的充气站等基础设施的建设，投资巨大，所以它的商业化的前景是比较遥远的。
能量的转化
言归正传，很多种能源只有转化成电能，我们使用起来才得心应手，将不同形式的能量转化为电能，然后储存起来，这就是我们面临的主要课题。
说到其他能源转化为电能，这里简单说一下能量转化的概念，这其实是一个很大的题目，八年级下学期，同学们会接触到磁生电、电生磁的道理，这是能量转化的一个经典例子，宇宙中能量的形式多种多样，从物理学的角度来看，可以分光能、声能、电能、化学能、机械能、核能等，如何将这些性质不同的能量进行游刃有余地相互转化，这是目前世界能源科学界的前沿课题，比如太阳能电池是用来做光生电的：一次性电池用来将化学能转化为电能，可充电电池还可以将电能转化为化学能：氢气燃料电池将燃料蕴涵的化学能直接转化为电能：压电材料发电机将机械能转化为电能，这个过程是通过造成压电材料的形状变化来完成的，这些能量转化的过程需要解决的一个共同问题是：如何让“市场”上流通的能量“货币”都兑换成一种通用的“货币”——电能，就是怎样让电子单向流动起来，电子跑起来了，全世界的黑夜就亮了。
还有一些能量转化的例子，我们平时不是很注意，已经习以为常了，比如我们最熟悉不过的麦克风，就是将声音信号转化为电信号，经过处理放大之后再由电信号转化为声音信号，还有收音机、电视机(非有线，非数字)接收电磁波信号并将其转化为电信号，然后再变成声音或者图像信号，这里所说的“信号”无非是能量概念的另一种提法罢了。
现在我们已经把各种形式的能量都变成了电能这种“统一货币”，当然我们可以方便地将这些电用掉，做各种事情，但是，如果这些电用不完呢?那就要想办法储存起来了，能量储存大体上就是电能储存的问题，那么电能可以直接储存吗?如何用最小的质量和空间去储存尽可能多的电能呢?电能是不是还要转化成其他更加便于携带和管理的能量形式来储存呢?都需要哪些装置?为了回答这些问题，我们将从这里开始一次寻找答案的储能之旅。
简单地分类，电能的储存可以分为直接储存和间接储存两种，我们先来看看直接储存电的装置吧。
直接储电装置
最早的电能储存装置叫做莱顿瓶，莱顿瓶其实是最早的电容器，它是荷兰莱顿大学的教授马森布洛克在1746年发明的，这个装置可以用来收集摩擦起电所得到的电荷，在莱顿瓶发明之初，一些学者用莱顿瓶做了很多有趣的实验和科学表演，这在当时引起了很大的轰动，这一发明具有划时代的意义，电能第一次可以被存起来了，这就为研究电、使用电提供了条件，今天人们使用的电容器，依然是基于莱顿瓶的原理。
电容器的构造其实非常简单，它的核心是个三明治结构，处于中间层的电介质将两边分别载有正电荷和电子(负电荷)的(金属)极板隔开，我们知道正、负电荷是相互吸引的，就好像属性不同的磁极相互吸引一样，为了不让一侧极板上的电子直接跳到另一侧极板上与正电荷中和，电容器中间的电介质要选用非常好的绝缘体来做。比如说干燥的空气、玻璃等相互吸引但被电介质分开的正、负电荷，具有强大的结合趋势，在可控条件下，利用这种趋势，让电子从外界流动到另一侧，就输出了电能。
那么是不是正、负极板上带的电荷越多，电容器所储存的能量就越大呢?是的，但是电容器能带多少电荷是有限度的，这个限度取决于中间的电介质的绝缘能力，也就是抗击穿能力，当对电容器充电超过了额定值，由于两侧极板间的电压过大，电子就会突破电介质的阻碍，在电容器的内部直接实现正、负中和，这就是电容器的击穿，闪电是常见的自然现象，它的形成机理和电容器击穿的机理是非常类似的，可见电容器一旦击穿是很危险的，电容器目前最重要的用途其实并不是储存电能，和大部分电池种类相比，电容器的能量密度，就是单位体积或者质量所储存的能量值还比较低，电容器，尤其是微型的电容器，主要是作为重要的电子元器件被广泛应用在各种电子设备中。
电容器的家族不但有我们刚刚介绍的电容器(传统版)，还有超级电容器和赝电容器，这里为什么用这个“赝”字呢?这些电容器有什么特点呢?电池是怎么回事呢?这些问题我们将存后面的文章中陆续介绍。
责任编辑 程哲
能源储存的分类
能源储存从宏观上大致可以分为两种：其一是化石能源的储备；其二是非化石能源的转化和储存，我们知道化石能源包括煤炭、石油和天然气等，这些能源是以实体物质的形式存在的，具有质量和能量的一一相对应关系，化石能源可以通过各种方式转化成固态或液态，从而方便地运输和储存，对于化石能源，一个国家或地区通常可以通过制定相应的政策、战略，进行储备，办法包括对本国已经探明的储量不开采或者推迟开采：或者建立国家能源战略储备库，大量购买别国的能源，将其储存起来暂时不用，比如美国从中东大量购买原油，而对本国的原油不加开采，就是个例子，我国目前认识到了化石能源储备的紧迫性，已经拥有了第一批能源储备库，据悉今后将逐步扩大储备容量，第二种，即非化石能源的转化和储存，这是本文所关注的，它的难点不在于政策层面，而是在技术层面，
非化石能源为什么需要储存?很多种新能源虽然能量强大，资源丰富，但我们并不能直接拿来使用，比如风能中蕴涵的机械能，或者太阳光中的电磁波能，大部分情况下部是无法直接使用的，当然了，风能可以帮助航船，太阳光可以帮助取暖，但是你不能用风能煮饭吧，这里顺便插一句，机械能是否可以储存并派上用场呢?答案是肯定的，举个例子，压缩空气动力汽车，它的发动机可不是由燃烧汽油或者柴油产生大量气体，然后通过气体膨胀推动活塞来取得动力的，压缩空气动力汽车没有油箱，有的是一个高压气罐，车发动之后，高压气罐里输出高压空气，推动发动机的活塞做功从而驱动汽车，这是一款真正的“气车”，你一定有过这样的经历，吹了一个很大的气球，但是气球嘴儿没有扎好，结果气球跑掉了，并且在随后的几秒钟内飞来飞去，其实飞动的气球和压缩空气动力汽车的动力原理是一样的，这个例子说明机械能也是可以储存的，目前压缩空气动力汽车还处在概念车阶段，由于高压气罐需要的材料特殊，对于安全要求非常严格，所以造价昂贵：同时由于气罐中储存的机械能有限，所以这种车跑不了很远：重要的是这种车的运营需要配套的充气站等基础设施的建设，投资巨大，所以它的商业化的前景是比较遥远的。
能量的转化
言归正传，很多种能源只有转化成电能，我们使用起来才得心应手，将不同形式的能量转化为电能，然后储存起来，这就是我们面临的主要课题。
说到其他能源转化为电能，这里简单说一下能量转化的概念，这其实是一个很大的题目，八年级下学期，同学们会接触到磁生电、电生磁的道理，这是能量转化的一个经典例子，宇宙中能量的形式多种多样，从物理学的角度来看，可以分光能、声能、电能、化学能、机械能、核能等，如何将这些性质不同的能量进行游刃有余地相互转化，这是目前世界能源科学界的前沿课题，比如太阳能电池是用来做光生电的：一次性电池用来将化学能转化为电能，可充电电池还可以将电能转化为化学能：氢气燃料电池将燃料蕴涵的化学能直接转化为电能：压电材料发电机将机械能转化为电能，这个过程是通过造成压电材料的形状变化来完成的，这些能量转化的过程需要解决的一个共同问题是：如何让“市场”上流通的能量“货币”都兑换成一种通用的“货币”——电能，就是怎样让电子单向流动起来，电子跑起来了，全世界的黑夜就亮了。
还有一些能量转化的例子，我们平时不是很注意，已经习以为常了，比如我们最熟悉不过的麦克风，就是将声音信号转化为电信号，经过处理放大之后再由电信号转化为声音信号，还有收音机、电视机(非有线，非数字)接收电磁波信号并将其转化为电信号，然后再变成声音或者图像信号，这里所说的“信号”无非是能量概念的另一种提法罢了。
现在我们已经把各种形式的能量都变成了电能这种“统一货币”，当然我们可以方便地将这些电用掉，做各种事情，但是，如果这些电用不完呢?那就要想办法储存起来了，能量储存大体上就是电能储存的问题，那么电能可以直接储存吗?如何用最小的质量和空间去储存尽可能多的电能呢?电能是不是还要转化成其他更加便于携带和管理的能量形式来储存呢?都需要哪些装置?为了回答这些问题，我们将从这里开始一次寻找答案的储能之旅。
简单地分类，电能的储存可以分为直接储存和间接储存两种，我们先来看看直接储存电的装置吧。
直接储电装置
最早的电能储存装置叫做莱顿瓶，莱顿瓶其实是最早的电容器，它是荷兰莱顿大学的教授马森布洛克在1746年发明的，这个装置可以用来收集摩擦起电所得到的电荷，在莱顿瓶发明之初，一些学者用莱顿瓶做了很多有趣的实验和科学表演，这在当时引起了很大的轰动，这一发明具有划时代的意义，电能第一次可以被存起来了，这就为研究电、使用电提供了条件，今天人们使用的电容器，依然是基于莱顿瓶的原理。
电容器的构造其实非常简单，它的核心是个三明治结构，处于中间层的电介质将两边分别载有正电荷和电子(负电荷)的(金属)极板隔开，我们知道正、负电荷是相互吸引的，就好像属性不同的磁极相互吸引一样，为了不让一侧极板上的电子直接跳到另一侧极板上与正电荷中和，电容器中间的电介质要选用非常好的绝缘体来做。比如说干燥的空气、玻璃等相互吸引但被电介质分开的正、负电荷，具有强大的结合趋势，在可控条件下，利用这种趋势，让电子从外界流动到另一侧，就输出了电能。
那么是不是正、负极板上带的电荷越多，电容器所储存的能量就越大呢?是的，但是电容器能带多少电荷是有限度的，这个限度取决于中间的电介质的绝缘能力，也就是抗击穿能力，当对电容器充电超过了额定值，由于两侧极板间的电压过大，电子就会突破电介质的阻碍，在电容器的内部直接实现正、负中和，这就是电容器的击穿，闪电是常见的自然现象，它的形成机理和电容器击穿的机理是非常类似的，可见电容器一旦击穿是很危险的，电容器目前最重要的用途其实并不是储存电能，和大部分电池种类相比，电容器的能量密度，就是单位体积或者质量所储存的能量值还比较低，电容器，尤其是微型的电容器，主要是作为重要的电子元器件被广泛应用在各种电子设备中。
电容器的家族不但有我们刚刚介绍的电容器(传统版)，还有超级电容器和赝电容器，这里为什么用这个“赝”字呢?这些电容器有什么特点呢?电池是怎么回事呢?这些问题我们将存后面的文章中陆续介绍。
责任编辑 程哲