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“驯服”锂离子,创造一个“超长待机”的世界

2019-11-10 08:19:48

古达被称为“锂电池之父”,今年已经97岁了。互联网上的图片

古德开始在锂电池的阴极使用氧化钴,使电池的电势加倍,并大大提高了它们的功率。

记者张梦然

2019年,诺贝尔化学奖授予了开发锂离子电池的科学家。

许多事情发生了,每个人都期待着它们。

三名科学家“驯服”了锂离子,并为所有人创造了一个可充电的“超长待机”世界。如今,锂离子电池作为一项重量轻、可充电且功能强大的发明,几乎出现在所有电子产品中,如手机、笔记本电脑、电动车等,这是每个人都熟悉的。它还可以储存太阳能和风能的大量能量,从而使无化石燃料的社会成为可能。

每个人都喜欢锂离子电池

现在,在世界各地,你可以看到锂离子电池为人类日常活动提供能量。最常见的方法之一是给便携式电子设备供电。

我们离不开它。因为每天你都必须使用这些便携式电子设备来交流、工作、学习、听音乐和寻找知识。同时,锂电池也促进了远程电动汽车的发展和太阳能、风能等可再生能源的储能。

回顾过去,锂离子电池的基础实际上是在20世纪70年代的石油危机中奠定的。今年的获奖者之一斯坦利·惠廷厄姆致力于开发能够实现化石燃料无能源技术的方法。他通过研究超导体发现了一种非常富含能量的材料,并用它在锂电池中制造了一种新的阴极——它由二硫化钛制成,在分子水平上有容纳(嵌入)锂离子的空间。

电池的阳极部分由锂金属制成,锂金属有很强的释放电子的能力。

虽然产生了电池。然而,锂金属非常活跃,容易发生化学反应,导致电池爆炸和无法使用。

正负材料的硬选择

被称为“锂电池之父”的约翰·古德托(John Goodenough)曾预言,如果阴极由金属氧化物而不是金属硫化物制成,阴极将会有更大的潜力。经过仔细的搜索和研究,他在1980年证明嵌入锂离子的氧化钴可以产生高达4伏的电压。这是一项重要的成就。

突破发生在1985年。基于古德伊尔对电池阴极的研究,今年的获奖者之一阿基拉·吉野最终成功制造了第一个商业上可行的锂离子电池。他没有在阳极使用活性锂,而是使用石油焦,这是一种碳材料,可以在阴极嵌入锂离子,如氧化钴。

因此,人们已经看到一种重量轻、耐用的电池,在性能下降之前可以充电数百次。这些锂离子电池的最大优点是它们不再基于分解电极的化学反应,而是基于锂离子在阳极和阴极之间的来回流动。

彻底改变了你我的生活。

自从1991年日本索尼公司首次将锂离子电池投放市场以来,这些电池已经彻底改变了我们的生活。一方面,它是当今社会最重要的便携式能源。另一方面,它们为一个无化石燃料的社会奠定了基础,这对人类的现在和未来具有重要意义。

锂电池曾经和晶体管一起被认为是“电子工业中最伟大的发明”,晶体管的发明者巴丁已经在1956年获得了诺贝尔物理学奖。因此,多年来,锂离子电池每年都出现在热门的预测领域。

事实上,锂电池的出现拓宽了晶体管的应用范围。市售锂电池引起了人们的注意,告诉他们不再需要依赖需要晶体管的重型电子设备。结果,智能手机、笔记本电脑和平板电脑迅速占领了市场。这是电池技术的突破,给便携式电子设备行业带来了巨大的变化。

目前锂电池行业的年产量接近几十亿美元。世界仍然需要锂离子电池,甚至需要一个绿色的未来。

硫化钛

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