2019年诺贝尔化学奖授予了开发锂离子电池的科学家。
从长远来看,所有美好的事情都会结束。
三位科学家驯服了锂离子,为每个人创造了一个可充电、超长待机的世界。如今,锂离子电池这一轻便、可充电、功能强大的发明,几乎出现在大家所熟悉的手机、笔记本电脑、电动汽车等所有电子产品中。它还可以储存大量来自太阳和风的能量,使无化石燃料的社会成为可能。
每个人都喜欢锂离子电池
现在,在世界各地,您都可以看到锂离子电池为人类的日常活动提供动力。最常见的方法之一是为便携式电子设备供电。
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没有它我们就活不下去。因为您每天都使用这些便携式电子设备进行交流、工作、学习、听音乐、搜索知识。同时,锂电池还促进了远程电动汽车以及太阳能、风能等可再生能源储能的发展。
回顾过去,锂离子电池的基础实际上是在20世纪70年代的石油危机期间奠定的。今年的获奖者之一斯坦利·惠廷厄姆(Stanley Whittingham)致力于开发可实现无化石燃料能源技术的方法。他通过研究超导体发现了一种能量非常丰富的材料,并用这种材料制造了锂电池的新型阴极——。它由二硫化钛制成,具有在分子水平上容纳(嵌入)锂离子空间的能力。
Whittingham的锂电池的优点是锂离子储存在阴极的二硫化钛中。使用时,锂离子从阳极的锂流向阴极的二硫化钛。当电池充电时,锂离子沿相反方向回流。
电池的阳极部分由金属锂制成,具有很强的释放电子能力。
虽然电池诞生了。然而,金属锂的反应性很强,容易发生化学反应,导致电池爆炸而无法使用。
正负极材料选择难
被称为锂电池之父的约翰·古迪纳夫曾预测,如果阴极由金属氧化物而不是金属硫化物制成,将具有更大的潜力。经过仔细的搜索和研究,他于1980年证明嵌入锂离子的氧化钴可以产生高达4伏的电压。这是一个重要的结果。
被誉为锂电池之父的古迪纳夫今年已经97岁了。图片来自网络
突破出现在1985 年,今年的获奖者之一吉野彰(Akira Yoshino) 在古迪纳夫(Goodenough) 对电池阴极的研究的基础上,最终成功制造出了第一个商业上可行的锂离子电池。他没有在阳极中使用活性锂,而是使用石油焦,这是一种碳材料,与阴极中的氧化钴一样,可以嵌入锂离子。
古迪纳夫开始在锂电池阴极中使用氧化钴,使电池的潜力加倍并使其更加强大。
结果是一种轻质而坚固的电池,在其性能下降之前可以充电数百次。这种锂离子电池的最大优点是它们不再基于分解电极的化学反应,而是基于锂离子在阳极和阴极之间来回流动。
彻底改变了你我的生活
自从1991年日本索尼公司首次将锂离子电池推向市场以来,这些电池彻底改变了我们的生活。一方面,它是当今社会最重要的便携式能源;另一方面,它们为无化石燃料社会奠定了基础,这对人类的现在和未来都具有重要意义。
吉野彰开发了第一个商业上可行的锂离子电池。他在阴极中使用了古迪纳夫的锂钴氧化物,但在阳极中他使用了——石油焦,这是一种也可以嵌入锂离子的碳材料。该电池不再基于分解电极的化学反应,而是基于锂离子在阳极和阴极之间来回流动,这使得电池寿命显着延长。
锂电池曾与晶体管一起被视为电子行业最伟大的发明,而晶体管的发明者巴丁早在1956年就获得了诺贝尔物理学奖。因此,多年来,锂离子电池一直被纳入其中。每年都在预测的热点地区。
事实上,正是锂电池的出现,拓宽了晶体管的应用范围。商业化生产的锂电池走近人们,告诉人们不再需要依赖需要晶体管的笨重电子设备。结果,智能手机、笔记本电脑和平板电脑迅速占领了市场。它是电池技术的突破,给便携式电子设备行业带来了巨大的变化。
如今的锂电池产业年产值已接近数十亿美元。世界仍然需要锂离子电池,世界需要绿色未来。