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      2. 2019諾貝爾化學獎揭曉:鋰電池徹底改變了我們的生活

        2019-10-10 09:14:22 來源:新浪科技

         
        瑞典皇家科學院今天宣布,將2019年諾貝爾化學獎授予德州大學奧斯汀分校教授John B. Goodenough,紐約州立大學賓漢姆頓分校教授M. Stanley Whittingham,以及日本名城大學教授吉野彰,以表彰他們“在發明鋰電池過程中做出的貢獻”。


        他們創造了一個可充電的世界


        2019年度諾貝爾化學獎獎勵鋰電池的發明。這種輕巧,可充電且性能強勁的電池今天早已進入尋常百姓家,被每一部手機,筆記本和其他電子設備所使用。它還能用于存儲太陽能和風能,從而讓構建一個零化石燃料使用的社會成為可能。


        鋰電池被全球范圍被被廣泛用于為便攜式電子設備提供電力,方面我們通訊,工作,開展研究,聽音樂,或者檢索知識。鋰電池的發明還讓可以長距離行駛的電動汽車研發成為可能,同時它也被廣泛用于可再生能源,如太陽能和風能的存儲。
         


        鋰離子電池已經徹底改變了我們的生活,并被用于從手機到筆記本電腦和電動汽車的所有領域。通過他們的工作,今年的化學獲獎者奠定了無線、無化石燃料社會的基礎。


        鋰電池的研發基礎在1970年代的石油危機期間被構建起來。當時,Stanley Whittingham正致力于研制一種可以擺脫石油燃料的能源技術。他開始對超導體材料進行研究,并很快發現了一種極端富能的材料,利用這種材料,他將這種材料創造性的用于制作鋰電池的陰極。這是使用二硫化鈦制作的,在分子層面上,其內部空隙可以容納鋰離子。


        電池的正極部分由金屬鋰制成。鋰有很強的釋放電子的驅動力。這就形成了一個具有巨大電勢的電池,剛剛超過2伏特。然而,金屬鋰是活性的,電池爆炸的風險太大,在商業上并不可行。


        John Goodenough預測,如果用一種金屬氧化物而不是金屬硫化物來制造陰極,那么電池將具有更大的電勢。經過系統的研究,在1980年,他證明了嵌入鋰離子的氧化鈷可以產生高達4伏特的電壓。這是一個重要的突破,將帶來更強大的電池。
         

        20世紀70年代初,斯坦利·惠廷漢姆(Stanley Whittingham,今年的化學獎得主)開發出第一塊可工作的鋰電池時,他利用鋰的巨大動力釋放其外部電子。


        以Goodenough的陰極為基礎,吉野彰在1985年發明了第一個商業上可行的鋰離子電池。他沒有在陽極使用活性鋰,而是使用石油焦,這是一種碳材料,像陰極的鈷氧化物一樣,可以插入鋰離子。


        于是,研究者獲得了一種重量輕且耐用的電池,在性能衰竭之前可以充電數百次。鋰離子電池的優點是,它們不是基于分解電極的化學反應,而是基于鋰離子在正極和負極之間來回流動。


        自1991年首次投入市場以來,鋰離子電池已經徹底改變了我們的生活。它們為無線通訊和建立無化石燃料社會奠定了基礎,為人類帶來了巨大的利益。


        此前,美國化學會周刊《化學化工新聞》(C&EN)做出了相當準確的預測。當時該期刊表示,今年的化學獎很有可能會在電池研究、基因編輯技術、金屬有機框架材料研究等改變人類世界生活的三大領域中產生,并猜測今年的獲獎者可能會是97歲高齡的“鋰電池之父”、美國德州大學奧斯汀分校(University of Texas at Austin)機械工程系教授古迪納夫(John B。 Goodenough)。


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