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迟来的荣耀2019诺贝尔化学奖授予锂电池发明人

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-10-09 作者:责任编辑NO。姜敏0568

▎药明康德/报导

今天下午,2019年诺贝尔奖的最终一个自然科学类奖项揭晓——John Goodenough教授,Stanley Whittingham教授,以及吉野彰博士因在锂电池创造道路上所做的奠基性奉献,荣获本年的诺贝尔化学奖。

本年的诺贝尔化学奖得主John Goodenough教授(左)、Stanley Whittingham教授(中),以及吉野彰博士(右)(图片来历:参考资料[1])

在曩昔的几十年里,只要寥寥无几的创造彻底改动了整个国际,其间就有锂电池的一席之地。举个简略的比如,假如没有锂电池,你现在就无法经过手头的这款设备读到这条新闻

电池:年代一度的弃儿

锂电池是怎样诞生的呢?这还要从1960年代说起。其时,电池并不是什么新鲜玩意儿。咱们早就知道电池需求有两个电极,电极之间需求有电解质,让离子移动。电池的两个电极别离叫做阴极和阳极。在电池放电时,带正电的离子会从阳极跑到阴极,发生电流。

可想而知,用于两个电极与电解质的资料,决议了电池的功能。为了改造电池,科学家们需求测验各种不同的资料。这看上去是一件单调的事,也没有多少人乐意投身其间。

推出T型车的福特公司,在无意中激起了研讨电池的热潮(图片来历:By Harry Shipler (https://collections.lib.utah.edu/details?id=525524) [Public domain], via Wikimedia Commons)

但是1966年,福特公司彻底改动了这个状况。在推出了闻名的T型车后,福特公司决议出资电力驱动的轿车。为了供给车辆行进的动力,福特公司方案开发一种新的电池,贮存的能量要是原先的15倍之多。按想象,这种新电池每次只需求充电1小时,就能驾驭322公里,听起来十分吸引人。

从现在看,福特公司的豪言并没有真实实现。但这却在其时激起了一股研讨电池的热潮。“一会儿,一切的工作都改动了,电池不再是单调乏味的范畴”,Goodenough教授回忆说。这股对电池的疯狂一向继续到了70年代:在石油危机的影响下,人们越发信任,电力驱动才是未来。

锂电池的诞生

而锂电池便是人们提出的新式电池之一。其时任职于Exxon公司的Whittingham博士造出了锂电池的雏形。他指出,二硫化钛与锂有望成为一种全新的电池体系。这两者之间的电化学反响十分敏捷,且在环境温度下是可逆的。这标明咱们能够给这种电池充电。在1976年的一篇《科学》论文中,Whittingham博士指出二硫化钛是能作为阴极的新一代固体资料。

短短两页论文,带来了锂电池的雏形(图片来历:参考资料[2])

但锂电池的雏形并没有得到广泛应用,这背面有着多种原因。首要,二硫化钛太贵了(其时价格每公斤1000美元),不适合作为电池的资料。其次,在与空气触摸后,二硫化钛也会发生硫化氢。这种分子不只具有恶臭气味,还对动物有毒性。此外,金属锂制成的电极十分生动,简单带来起火或爆破等安全隐患。考虑一再,Exxon公司决议抛弃这款锂电池的研制方案。

但其他科学家们并没有抛弃此类新式电池。已然问题出在电极的资料上,或许替换电极就能解决问题。1980年,Goodenough教授的团队做出打破。他们发现锂的金属氧化物或许能成为锂电池的电极。一方面,它仍然能开释锂离子;另一方面,它更为安稳,没有安全隐患。在当年的《Materials Research Bulletin》杂志上,他的团队标明钴酸锂(LiCoO2)能成为锂电池的阴极资料。时至今天,咱们依旧在运用这种资料制作锂电池。

锂电池的结构示意图(图片来历:By Colintheone (https://avs.scitation.org/doi/10.1116/1.4983210) [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons)

而电池另一极的研制则略微遇到了些弯曲。同样是在1980年,一些科学家指出,石墨或许能成为锂电池的阳极资料。但是电池中的一些可溶分子会刺进到石墨的碳结构中,形成损坏。而吉野彰博士与其搭档则运用聚乙炔(polyacetylene)作为阳极资料,一举取得了成功。1985年,使用钴酸锂和聚乙炔,吉野彰博士制作出了榜首块现代锂电池。1991年,索尼与旭化成株式会社一起推出了榜首块商业化的锂电池。一个簇新的年代到来了。

自那时起,这三人就一向被视为诺贝尔化学奖的有力竞争者,却屡次与获奖无缘。现在,间隔这些科学家们的立异创造,现已曩昔了30多年。而今天颁发他们的诺贝尔化学奖,也是对他们为这国际所作严重改动的最佳认可!

本文题图:Photo by Adam Baker, 'Nobel Prize Medal in Chemistry' CC BY 4.0 (https:///photos/atbaker/8459286843), via Flickr

参考资料:

[1] Retrieved October 9, 2019, from

[2] M. S. Whittingham (1976), Electrical Energy Storage and Intercalation Chemistry, Science, DOI: 10.1126/science.192.4244.1126

[3] K.Mizushima et al., (1980), LixCoO2 (0

[4] G. E. Blomgren (2017), The Development and Future of Lithium Ion Batteries, Journal of The Electrochemical Society, DOI: 10.1149/2.0251701jes

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