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锂电池的前世今生——诺贝尔化学奖获奖研究解读

普拉司网 2019-10-19 浏览 +订阅
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很有可能,你此刻阅读此文所用的设备就是依靠锂电池供电。锂电池正在得到日益广泛的应用。它不仅为我们口袋里的科技产品供电,而且为电动汽车、有时还为住宅供电。


锂电池改变了世界,而且才刚刚问世30年左右。今年的诺贝尔化学奖颁给了三位与此密切相关的科学家。


美国得克萨斯大学奥斯汀校区工程学教授约翰·古迪纳夫、美国宾厄姆顿大学化学教授斯坦利·惠廷厄姆与日本旭化成工业公司化学家吉野彰将平分900万瑞典克朗(约合91.3万美元)的奖金。


97 岁的古迪纳夫成为最年长的诺贝尔奖得主。他还没退休。


诺贝尔奖委员会指出,这三位科学家”为无线和无化石燃料社会创造了适当的条件,为人类带来最伟大的福祉。”因此,他们实至名归。


但是,他们并非以合作的方式完成了发明,而是在各自岗位上不断完善彼此的成果而取得成功的。


正如诺贝尔奖委员会所言,锂电池的故事始于惠廷厄姆。20世纪70年代石油危机期间,他是埃克森公司司的一名工程师,面对未来可能出现的石油短缺问题,该公司投入人力财力研制充电电池。当时的充电电池体积大笨重,而且输出功率太低。


惠廷厄姆考虑用锂元素制造一种新型电池。锂是元素周期表中最轻、最易气化学反应的元素之一(容易失去电子)。但是 ,这些让锂成为电池理想选择的特性也让它不够稳定,容易着火。惠廷厄姆成功研制了我们今天看到的锂电池的前身 。但是,这种电池有点危险,很容易爆炸。当石油危机逐渐平息时,埃克森公司不再重视相关研究。


然后,到了20世纪80年代,古迪纳夫采用了这种设计并加以改进,重新设计了电池的阴极,将电池输出的功率从2伏增加到4伏。但是,电池仍然有点危险,因为阳极的是仍然可能着火。


这就要说到吉野彰了 :他重新设计了电池的阳极,用碳包住锂。这样一来,电池就安全了,锂不会再发生危险的反应了。

诺贝尔奖委员会解释:“随后,世界各地的研究人员查遍了元素周期表,试图研研制出更好的电池,但是迄今尚无人成功发明比锂电池容量更大 电压更高的电池。”


因此,电池还有很大改进空间。为了实现电池储存更多可再生能源的目的——足以满足美国全部能源需求并帮助我们彻底摆脱化石燃料——必须提高电池的能量密度。电池的价格也必须降低。


2017 年,古迪纳夫普告诉《纽约时报》记者:“当今社会,一件重要的事情就是我们要戒除对化石燃料的依赖,如果我们能生产出与内燃机汽车一样便捷而价廉的电动汽车,我们就能实现公路上没有二氧化碳排放的目标。”为了实现这个梦想,他仍在努力探索下一代电池。

但就目前而言,锂电池仍然是打造零碳排放未来的最重要支柱之一。






来源:参考消息

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