清洁能源?他们研制出了世界上最强的电池

2019年诺贝尔化学奖颁发给3位科学家,分别为美国科学家约翰·古迪纳夫(John B. Goodenough)、英国科学家斯坦利·维丁汉姆(Stanley Whittingham)以及日本科学家吉野彰(Akira Yoshino),以表彰他们在锂离子电池方面的研究成果。

清洁能源?他们研制出了世界上最强的电池

化学元素很少会在诺贝尔奖的评定中发挥核心作用,但 2019 年诺贝尔化学却有一个明确的主角——锂——一种古老的元素,它是在宇宙大爆炸后的一分钟内产生的。直到1817年,瑞典化学家约翰·奥古斯特·阿夫维森(Johan August Arfwedson)和琼斯·雅各布·贝泽留斯(Jöns Jacob Berzelius)从斯德哥尔摩群岛的于特岛 (Utö) 上的矿物样品中提纯了锂,人们才认识它。

贝泽留斯用希腊语中的“石头”一词——“ lithos”——来命名这种新元素。从名字上看,锂的密度似乎很大,但实际上它却是世界上最轻的固态元素,这就是为什么我们几乎很难注意到随身携带的手机。

锂是金属。它的最外层只有一个电子,这使得锂具有很强的给电子能力。锂失电子时,会形成带正电且更稳定的锂离子。改变世界的锂电池锂离子电池给人类带来了非常大的益处,因为它推动了笔记本电脑、移动电话、电动汽车的发展以及太阳能、风能存储各个领域的发展。

假如世上没有锂离子电池,那么你的手机可能是这样的。

清洁能源?他们研制出了世界上最强的电池

也可能是这样的。

清洁能源?他们研制出了世界上最强的电池

或者是这样的。

清洁能源?他们研制出了世界上最强的电池

如果没有锂电子电池,出门在外,你恐怕得为手机准备上一打镍镉电池,以防它打上几个电话就宣告罢工。当然,这是个玩笑。但无论如何,跟其他电池相比,锂离子电池是不可替代的。而锂离子电池的发明是一场长达50年的科学接力!现在,和科娃一起回顾锂电池的发展史吧!回顾锂离子电池发展史,第1棒选手是英国科学家M. 斯坦利·威廷汉姆。1970年代,在研究充电电池时,他从众多金属元素中,选中了3号元素锂,利用锂外层电子脱出时释放的巨大能量研制出了首个实用的锂电池!于是,锂电池1.0诞生了!

清洁能源?他们研制出了世界上最强的电池

锂很活泼,这是它的缺点,同时也是它的优点。美国固体物理学家约翰·古迪纳夫接了第2棒

他改进了电池配方,大大提升了锂电池的容量,改善了它的安全性能,从而为生产更高能量密度的电池创造了条件,这就是锂电池2.0。

清洁能源?他们研制出了世界上最强的电池

第3棒选手是日本化学家吉野彰,他在原来的基础上,又做了很多改进。最终,他把锂换成了锂离子,于是有了更安全的锂离子电池!

清洁能源?他们研制出了世界上最强的电池

清洁能源?他们研制出了世界上最强的电池

实际上,从锂电池早期概念的提出到商业化再到不断继续发展,大量的科学家、工程师都做出了贡献。而诺贝尔奖授予的这三个人,做出了最为奠基性的成果。而锂离子电池凭借能量密度高、寿命长,没有记忆效应的优势,成功电子行业掀起了一场革命。人类社会的能源体系,从此开始向新的时代迈进!

清洁能源?他们研制出了世界上最强的电池

已经“足够好”,还可以更好。现在,几乎没人能说自己离得开锂电池。它的发明支撑了人类社会高新技术的不断发展。然而,故事并没有结束。第2棒选手古迪纳夫,已经快要100岁了。他的一生早已功成名就,完全可以安享晚年。但是,他并没有选择休息。在90岁高龄时,古迪纳夫又接过了接力棒,开始研究更安全,更便宜的全固态锂离子电池!

清洁能源?他们研制出了世界上最强的电池

传统锂电池用的是液体电解液,它容易燃烧,换成固体,便能解决这一问题。固态锂电池,它的性能有望更好,而且更安全。不过固态锂电池尚处在实验室探索和初步商业化阶段。

清洁能源?他们研制出了世界上最强的电池

各国都在大力发展这一方向,努力让目前的锂离子电池能量密度更高,充放电速度更快,更安全,更长寿。用各种创新的方法去提升和优化锂电池的性能,让它们可以用到更多、更广阔的场景中去,在更极端条件下,也能发挥作用。得奖的三人,是锂电子电池领域最早的一批科学家和工程师。而更多的后来者,也正在继续前行!


分享到:


相關文章: