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“锂电池之父”获2019诺贝尔化学奖,锂电池发展再被聚焦

作者:张冬梅 来源:中国汽车报 发布时间:2019-10-10 浏览:
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中国储能网讯:当地时间10月9日,瑞典皇家科学院宣布,将2019年诺贝尔化学奖授予美国科学家约翰·B·古迪纳夫和M·斯坦利·威廷汉,以及日本科学家吉野彰,以表彰他们为锂离子电池发展所做出的贡献。

2019年诺贝尔化学奖新闻发布会现场 新华社 郑焕松摄

“他们创造了一个可充电的世界。”诺贝尔奖官网上这样介绍他们。2019年,锂电池研究终于等来了诺贝尔奖。这种重量轻、可充电、功能强大的电池,在现代社会得到广泛应用,例如手机、笔记本电脑、电动汽车等,锂离子电池的身影随处见到。

01、三位年长的获奖者

作为著名的固体物理学家,古迪纳夫是美国得州大学奥斯汀分校的机械工程和材料科学教授,他是钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂正极材料的发明人,锂离子电池的奠基人之一,通过研究化学、结构以及固体电子/离子性质之间的关系来设计新材料,解决材料科学问题。97岁的高龄也使他成为迄今为止诺贝尔奖的最年长获奖者。

77岁的威廷汉是一位化学教授,目前是美国纽约州立大学宾汉姆顿大学材料研究所和材料科学与工程专业的主任。作为锂离子电池的开拓者,威廷汉一直被媒体预测为诺贝尔化学奖热门人选,科学界对他夺得诺贝尔化学奖的呼声一直很高。

71岁的吉野彰是一位日本化学家,现任旭化成公司研究员、名城大学教授。他是智能手机、电动汽车等所使用的现代锂离子电池的开发者。诺贝尔化学奖消息公布后不久,日本首相安倍晋三发推特,祝贺吉野彰获奖。安倍晋三在推文中写道:“恭喜吉野博士获得诺贝尔化学奖。锂离子电池在手机等多个领域得到应用,改变了世界每一个人的生活。我为此感到骄傲。期待您今后取得更大成就。”

02、锂电池研发接力赛

锂离子电池给人类带来了巨大的好处,使电脑、手机、电动汽车以及太阳能和风能的储存等成为可能。那么,它是如何发展至今呢?让我们先回到50年前,回到锂离子电池最初的时代。

20世纪中期,汽车排放的废气使得大气污染日益严重,同时人们认识到石油是不可再生能源,这一切给汽车制造商和石油公司敲响了警钟。为了使得业务多样化,石油巨头埃克森投巨资招募能源领域的重要研究员,对一些潜在技术进行研究。

20世纪70年代,供职于埃克森公司的威廷汉采用硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,制成首个锂离子电池。这种电池具有很大的电势,也具有巨大的潜力。埃克森公司看到商机,决定借此开发一种具有商业可行性的电池。1976 年,埃克森公司申请了锂电池发明专利。不过,金属锂过于活跃,随着锂电池被反复充电,电池出现短路并引起多次爆炸事件。再加上80年代初石油价格突然显著下降,为了削减成本埃克森公司暂停了相关研究,威廷汉的技术被授权给其他公司。

埃克森公司放弃的研究由古迪纳夫继续。威廷汉的电池可以产生略高于2V的电压,但古迪纳夫发现,在阴极中使用钴酸锂材料的电池所产生的电压可以达到4V。这是一个重要的突破,1980年古迪纳夫对外公布了这项全新的、高能量密度的阴极材料,由此产生了世界上第一个可以给大型复杂设备供电的锂离子电池,质量远超当时市场上其他电池。

由于油价下降,西方国家对于电池及替代能源的研究热情也开始下降,但在日本,电子公司希望找到轻量、可反复充电的电池,以用于摄像机、无线电话机、计算机等。吉野彰选择古迪纳夫的钴酸锂作为阴极,运用聚乙炔开发阳极,于1983年制出第一个商业上可行的可充电锂离子电池的原型。1985年彻底消除金属锂,完全基于锂离子,这让电池的使用更加安全可行。至此,科学家们为锂离子电池的商用打好了基础。1991年索尼率先生产这种商业化可充电锂离子电池,一夜之间轰动全球,索尼也借此一跃成为行业老大。

03、期待更多开拓性成果

钴酸锂也使得古迪纳夫一跃成为炙手可热的化学家,但他并未停止研究,稳定性和高成本始终是钴酸锂的拦路虎。1997年,75岁高龄的古迪纳夫开发出了低成本的磷酸铁锂阴极材料,加快了锂离子电池的商业化。之后,为了提高动力电池的安全性和稳定性,古迪纳夫又投入到全固态电池的研究工作中。

此次诺贝尔化学奖的三位得主均享有“锂电池之父”的美誉,而多年来,锂电池的研究也一直被关注诺贝尔奖的各方看好,此次获奖也是众望所归,锂电池的地位和贡献得到肯定。此外,随着汽车行业电动化浪潮愈演愈烈,锂电池的地位也水涨船高,大量资金和研究人员汇聚其中,或许有望在不久的将来呈现更多开拓性成果。

关键字:锂电池

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