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2019诺贝尔化学奖颁给锂电池打破诺奖最高龄得奖记录

2019-10-09 18:48:27  阅读:9491 作者:责任编辑NO。蔡彩根0465

就在方才

2019 年诺贝尔化学奖颁发 John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham, Akira Yoshino,以赞誉他们在锂电池范畴的奉献。

图片来自 @NobelPrize

约翰·班尼斯特·古迪纳夫

这里边特别值得一提的是,约翰·班尼斯特·古迪纳夫(John B. Goodenough),也便是咱们标题里边所说的「足够好」老爷子,本年现已 97 岁高龄了。在此之前,这个记载由 90 岁高龄取得 2007 年诺贝尔经济学奖的里奥尼德·赫维克兹坚持。

锂电池现已深化到咱们日常日子的方方面面,这个范畴能获奖也是人心所向。今日咱们就来给咱们简略聊聊锂电池里边的前史。

咱们还能猜测化学奖,没想到吧

人类社会的开展离不开动力,几回工业革命的开展都依赖于储能技能的开展。今日,锂离子电池为全国际供给着电力,从智能手机到电动汽车,锂离子电池现已无处不在,它为日益机动的国际扫平了妨碍。与其他商业化的可充放电池比较,锂离子电池因为其具有能量密度高、循环寿命长、作业温度规模宽和安全可靠等长处,成为了各国科学家尽力研讨的重要方向。

不同的电池技能在体积和分量能量密度方面的比照

锂离子电池是一种二次电池(可充电电池),首要由正极、负极、电解液、隔阂、外电路等部分组成。在电池内部,带电的原子,也被称为离子,沿着两个电极之间的途径运动,并发生电流。锂离子电池首要依托锂离子在正极和负极之间移动来作业。在充电进程中,锂离子从正极材猜中脱出,通过电解液传输至负极,电子由负极经外电路搬运至正极;而在放电进程中,锂离子和电子的运动方向则与充电进程相反。在当时最常见的一种可重复充放电的锂离子电池中,其正极是钴酸锂资料,负极是碳资料。

正在充电的锂离子电池

1912年,锂金属电池最早由吉尔伯特·牛顿·路易士(Gilbert N. Lewis)提出并研讨,但因为锂金属的化学性质十分生动,使得锂金属的加工、保存和运用对环境要求十分高,使得锂电池长时刻没有得到使用。

20世纪70年代,美国迸发石油危机,政府意识到对石油进口的过度依耐性,开端大力开展太阳能和风能。但因为太阳能和风能的间歇性特色,终究仍是需求可充电电池来贮存这些可再生的清洁动力。

此刻,宾汉姆顿大学化学教授斯坦利·惠廷厄姆(M. Stanley Whittingham)在纽约起草了锂电池的初始设计方案,选用硫化钛作为正极资料,金属锂作为负极资料,制成了首个新式锂电池。

锂离子电池是由锂电池开展而来,跟着科学技能的开展,现在锂离子电池现已成为了干流。

锂离子电池的基本概念,始于1972 年米歇尔·阿曼德(M. Armand)等提出的“摇椅式”电池(rocking chair battery)。在锂离子电池的研讨中,正负极资料的研制,是锂离子电池开展的关键所在,有五位出色的科学家在此方面做出了重要的开创性奉献,特别是美国奥斯汀得克萨斯大学机械工程及电子工程系教授约翰·班尼斯特·古迪纳夫(John B. Goodenough)为现在商业化正极资料的开展做出了杰出的奉献。

他在57岁时制造了锂离子电池的神经系统,钴酸锂(LiCoO2)正极资料是他的智慧结晶。他的这一资料,简直存在于当时每一款流转的便携式电子设备中。

另一个重要的正极资料磷酸铁锂(LiFePO4)也是他的重要奉献之一。1997年,以他为主的研讨群报道了磷酸铁锂可逆地迁入脱出锂的特性。磷酸铁锂是现在最安全的锂离子电池正极资料,不含任何对人体有害的重金属元素。作为钴酸锂和磷酸铁锂等正极资料的创造人,古迪纳夫在锂离子电池范畴声名卓著,是当之无愧的“锂离子电池之父”。

本年,现已 96 岁高龄的古迪纳夫先生在 Nature Electronics 上刊文,回忆了可充电锂离子电池的创造前史,并对未来开展指明晰路途。

商业锂离子电池正负极资料的示意图、首要创造人、创造时刻

正极资料的研讨成果,终究指引日本名古屋市的旭化成公司(Asahi Kasei)以及名城大学的旭化成(Akira Yoshino)教授制备出了第一个可充电锂离子电池:以钴酸锂作锂源正极资料、石油焦作负极资料、六氟磷酸锂(LiPF6)溶于丙烯碳酸酯(PC)和乙烯碳酸酯(EC)作电解液的可充放二次锂离子电池。

这个电池成功使用到索尼公司最前期移动电话中,并在1991年开端商业化出产,标志着锂离子电池年代的到来。在这随后的每天里,国际各地的科学家们都在测验和开发更为高效和安全的锂离子电池。

参考文献

[1] Armand, M.; Tarascon, J. M., Building better batteries. Nature 2008, 451 (7179), 652-657.

[2] Tarascon, J. M.; Armand, M., Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries. Nature 2001, 414 (6861), 359-367.

[3] Armand, M.; Murphy, D.; Broadhead, J., Materials for Advanced Batteries. 1980.

[4] 李泓, 锂离子电池基础科学问题(XV)——总结和展望. 储能科学与技能 2015, 4 (3), 306-318.

[5] Nishi, Y., The development of lithium ion secondary batteries. The Chemical Record 2001, 1 (5), 406-413.

出品 | 科普我国

制造 | 中科院物理所科学传达协会

监制 | 我国科学院计算机网络信息中心

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