锂电池得以大规模商用离不开这三位诺贝尔化学奖得主的贡献

放大字体  缩小字体 2019-10-10 15:41:25  阅读:8681 作者:责任编辑NO。姜敏0568

本届诺贝尔化学奖获奖者

钛媒体注:10月9日,2019年诺贝尔化学奖发布,美科学家约翰·古迪纳夫、斯坦利·惠廷汉姆和日本科学家吉野彰,因在锂离子电池研制范畴作出的奉献而获奖。

其间,美国得州大学奥斯汀分校的古迪纳夫教授被誉为“锂电池之父”,是钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂正极资料的创造人,现年97岁,也成为了诺贝尔奖史上年岁最大的获奖者。

3位科学家研制的锂电池,敞开了电子设备的便携化进程。自从1991年锂电池初次进入商场以来,它就不断改造着全球顾客的日子。锂电池能够贮存很多太阳能和风能等清洁动力,使无化石燃料社会成为可能。

追溯全球范围内锂电池范畴获得的效果,可谓充满了传奇色彩。

在锂电池创造之前,不得不提的是1859年法国人普兰特创造的经典铅酸蓄电池,现在仍然被广泛运用。但是,铅酸蓄电池的弊端在于密度太低——鉴于轿车特别的运用场景,电池的质量与体积之比过小会影响电池的利用率,或是献身轿车后备箱的空间,因而铅酸蓄电池无法作为电动车的动力运用,与此相似的还包含镍镉电池、镍氢电池。

通过元素周期表的排除法研讨,能够发现锂元素的储量比较高;所以,锂电池的研讨开端成为全球许多国家的课题。

首先要提及的锂电池范畴的奠基人,是英国化学家惠廷汉姆。他在锂电池范畴所做出的杰出奉献,是避开了前期 “锂转化”(Conversion)所形成的化学键开裂与重组给物质带来的结构改变(了解的比如是不同结构的碳:金刚石、石墨、C60等功能不同),运用别的一个技能途径:锂嵌入(Intercalation)来完成。

前期锂电池可用上述反响表明,发生的“锂枝晶”易导致电动车自燃

通俗易懂地讲:以特别的层状资料作为宿主(hosts),锂离子(Li+)作为客人(guests)能够较为随意地嵌入(Intercalation)或脱出,根本不影响宿主的物质结构。

斯坦利·惠廷汉姆选用硫化钛作为正极资料,金属锂作为负极资料,制成了国际上首个新式锂离子电池。

尔后,被称为锂电池之父的美国化学家古迪纳夫披荆斩棘,以一己之力发现了大部分当下运用于出产日子的锂电池的正极资料,他的科学生计更是传奇的终身。

年轻时,古迪纳夫在美国耶鲁大学就读的专业是文学和数学,化学仅仅其大一的一门选修课,不过他在自然科学范畴有着过人的天赋与不懈的寻求。1943年,古迪纳夫在耶鲁大学获得了数学系学士学位之后,计划开端攻读物理学;不料二战迸发,古迪纳夫在战时执役,战役完毕后,他持续攻读物理学,并被教授们以为“超龄而难以在该范畴内获得成果”。

但是,古迪纳夫并未就此泄气,在获得固态物理博士学位后,1952至1976年间,他在林肯试验室作业,并研讨能原资料的相关作业。

在美国受阿拉伯国家石油禁运之际,动力问题的突出使年过半百的古迪纳夫决议投身于锂电池研讨。继惠廷汉姆创造了可充电却在放电过程中易爆破的锂电池后,通过重复试验核算,古迪纳夫发现了比从前的硫化钛更合适做锂电子电池阴极资料——层状结构的钴酸锂。

与此同时,第三位本年的诺贝尔化学奖获得者——现年71岁的日本吉野彰就此上台。彼时,也在极力霸占锂离子电池难题的吉野彰现已找到了合适的阳极资料,一向为阴极资料所困,直到他读到了古迪纳夫的论文。

吉野彰回想,古迪纳夫的发现给了其所需求的全部,钴酸锂能把现有的锂镉电池的分量减缩三分之一。 在此根底之上,吉野彰规划的锂离子电池以碳基资料为阳极,以钴酸锂为阴极,彻底去除电池中的金属锂,提高了安全性;尔后,吉野彰又对锂离子电池进行了屡次技能改进,例如选用铝箔做集流体,用聚乙烯薄膜做离子隔阂等。

1991年,两人协作创造的锂离子电池被索尼公司推向商场,标志着锂离子电池的大规模运用。

与此同时,本来板砖相同体积的“大哥大”不复存在,取而代之的是以锂电池为电源的轻浮手机;现在国内外电动轿车的蓬勃开展,无外乎也源于锂电池的运用。

锂电池大规模商用后,古迪纳夫等科学家从未中止过对能原资料的研讨。1996年,古迪纳夫和另一位科学家Padhi发现了具有橄榄石结构的磷酸盐,如磷酸铁锂(LiFePO4),比传统的正极资料更具安全性、耐高温,锂电子资料又进一步得到了开展。

纵览电池开展的前史,能够看出当时国际电池工业开展的三个特色:一是绿色环保:包含锂离子蓄电池、氢镍电池等;二是一次电池向蓄电池转化,契合可持续开展战略;三是电池进一步向小、轻、薄方向开展。

在商品化的可充电池中,锂离子电池的比能量最高,特别是聚合物锂离子电池,能够完成可充电池的薄形化。正因为锂离子电池的体积比能量和质量比能量高,可充且无污染,具有当时电池工业开展的三大特色,因而在发达国家中有较快的增加。

电信、信息商场的开展,尤其是移动电话和笔记本电脑的规模化出产,更给锂离子电池带来了商场机会。不过,锂电池的“技能革命”仍然在路上,首要包含三个方敏仍然有待改造:电池能量密度、功率密度和安全系数。

97岁的古迪纳夫曾在中国学生黄云辉50岁生日的时分给学生送上祝愿“Yunhui, 50 years is only the beginning. Happy Birthday”,这也正契合他自己知天命年岁才开端投身于能原资料研讨并不懈研究的精力。

古迪纳夫自己也表明还将作业5年,102岁退休。动力资料的科研长辈们老骥伏枥、晚辈们人才辈出,未来,新式电子还会不断改造人类的日子。

(钛媒体修改陶淘归纳自腾讯新闻、知乎、新浪新闻)

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