诺贝尔化学奖得主揭晓,锂离子电池的发展历程

2019-10-10 09:12大豫创业者
 
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北京时间10月9日下午17点45分,2019年诺贝尔化学奖得主揭晓,美国科学家约翰·B·古迪纳夫(John B. Goodenough)、英裔美国科学家M·斯坦利·威廷汉姆(M. Stanley Whittingham)和日本科学家吉野彰(Akira Yoshino)三人共同获得此奖,以表彰他们在锂离子电池领域作出的卓越贡献,三人将平分900万克朗奖金(约合人民币701.1万)。

锂电池可分为锂金属电池和锂离子电池两种,前者最早是在1912年由吉尔伯特·牛顿·路易斯(Gilbert N. Lewis)提出和研究,而后者则是在20世纪70年代由斯坦利·威廷汉姆提出和研究。目前所说的锂电池,通常意义上指代的是锂离子电池。

锂离子电池的产生和发展离不开科技的进步,更离不开三位获奖科学家的潜心钻研。新制造出的手机、笔记本电脑、3C电子产品和新能源汽车,这些生活中常见的产品无不使用锂离子电池,甚至是所有需要用电和充电的产品以及便携设备上,都有锂离子电池的身影。

1968年,27岁的斯坦利·威廷汉姆在斯坦福大学做了三年的固态电化学博士后研究员后,受Exxon(埃克森)公司的邀请,开始了锂电池的研究之旅。

历经5年的保密研究,世界上第一块可充电的锂离子电池诞生了。相比于铅酸蓄电池、镍铬电池、镍氢电池等其他电池,锂离子电池在体积、质量以及环保上都具有显著的优势。但是这时候的锂离子电池存在着一个致命缺陷:由于正极材料使用硫化钛的电化学属性极不稳定,导致在充电过程中极易发生爆炸,存在严重的安全的隐患问题。

这时诺贝尔化学奖的第二位主人公John B. Goodenough出场了。他推断是储存锂离子的正极材料出现了问题,才导致了锂离子电池充电时的不稳定,因此他决定寻找一种更合适的物质来取代硫化钛。在这之后又过了4年的研究和试验,直到1980年,John B. Goodenough才终于找到了最佳的代替材料:钴,而钴和锂的氧化物钴酸锂可用于充电锂离子电池的正极。值得一提的是目前的手机、电脑、便携式设备以及特斯拉的第一款电动汽车,都是用钴酸锂为其提供动力。

在此之后,John B. Goodenough又发现锰酸锂和磷酸铁锂等正极材料,将锂离子电池的潜力翻了一番。今年已97岁的John B. Goodenough作为诺贝尔化学奖得主,他也创造了一项纪录——年龄最大的诺贝尔奖获得者。

第三位主人公吉野彰则是在前面两位研究的基础上,助力锂离子电池的产业化发展。他开创了用石墨代替金属锂作为锂离子电池的负极,从根本上改善了锂电池的容量和使用寿命的问题,而且降低了成本,增加了安全性,为锂离子电池的商用奠定了基础。

锂离子电池的发明,为推动人类科技进步作出了重要的贡献,而这些锂离子电池产业的开创者们,无疑是最大的功臣,他们至今仍为了锂离子电池能够拥有更长的使用寿命、更优良的能量储存能力、更低的成本、更安全的性能而不懈努力,锂离子电池的市场前景值得我们期待。

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