鋰電池何以成為諾獎成果
發布時間:2019-10-25 16:22:50
關鍵詞:動力電池鋰電池

鋰電池何以成為諾獎成果


當你用移動終端瀏覽諾獎最新消息時,是否會想到,你手中移動終端的供電者——鋰電池,就是今年的諾獎成果!


北京時間10月9日下午,瑞典皇家科學院宣布,將2019年度的諾貝爾化學獎授予約翰·古迪納夫教授、斯坦利·威廷漢教授和吉野彰博士,以表彰他們在鋰電池領域做出的突出貢獻。


人們日常生活中廣泛使用的鋰電池,何以成為諾獎成果?這還得從“電池代替石油”的研究說起。


1973年,第四次中東戰爭造成了第一次石油危機,美國等發達國家認識到擺脫石油依賴的重要性,便紛紛開始投入電池研究——電池不僅能代替石油成為汽車新能源,更是太陽能、風能等可再生能源的儲能裝置。因此,各國研發這種電池的熱情空前高漲。


首先取得突破的是斯坦利·威廷漢。他起草了鋰電池的初始設計方案:硫化鈦為正極材料、金屬鋰為負極材料——這被證明是一個可以充放電的電池。困擾科學家們一百多年的電池材料能量密度問題,也被威廷漢逐一解決。


但隨著時間的推移,人們發現用金屬鋰做負極并不安全。鋰電池會隨著使用次數的增加不斷析出枝晶,最終引起電池自燃。


有沒有方案能夠解決這一問題?今年97歲高齡、諾獎史上最年長的獲獎者古迪納夫教授功不可沒。


1980年,古迪納夫團隊提出和找到了層狀氧化物正極材料——鈷酸鋰,這一材料至今仍應用在各類主流消費類電子產品中,加上鋰鋁合金的負極,他將人類帶入了便攜式移動電話和筆記本電腦的時代。


1997年,已經75歲的古迪納夫和他的團隊又開發了另一種更加穩定安全的正極材料磷酸鐵鋰。它是目前電動汽車、電動大巴、電動船舶、大規模儲能、通信基站、數據中心等所用電池的主流材料。


只有更廣泛的應用才能推動鋰電池的進一步發展。如何將實驗中的電池材料集成為可用的器件,真正應用于小型物件呢?日本科學家吉野彰做到了。


1990年,在經過10年的研究之后,當時還是一家公司研究員的吉野彰,成功地用碳代替鋰合金作為電池的負極,結合古迪納夫的鈷酸鋰正極,這種電池變得更安全,大大降低了自燃風險。


根據吉野彰的研究,索尼公司于1991年正式推出全球首款商用鋰電池。隨后,他們又將碳正極換成了石墨烯,使電池的安全性、能量密度和循環壽命都有了進一步提升。


與鉛酸電池、鎳硅電池等相比,鋰電池具有能量密度高、壽命長、沒有記憶效應等優點,是一種性能優異的電池。


想當年,電動汽車的發明遠早于內燃機汽車的發明。然而,隨著內燃機效率的不斷提升,電池因能量密度不夠高而使電動汽車黯淡退場。現在,電動汽車重新回到了人們視野中,一個重要的前提就是當初為了替代石油的鋰電池,如今終于承擔起了重要的歷史使命。


目前,全球鋰電池行業規模已接近500億美元,并且正以每年超過10%的速度增長。鋰電池滲透進了人類生活的方方面面,它的發明更是支撐起了人類社會高新技術的不斷發展。


很顯然,鋰電池成為諾獎成果,當之無愧!


第四屆動力電池應用國際峰會CBIS2019

稿件來源: 解放軍報
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