王者归来 锂离子电池荣获2019诺贝尔化学奖


来源:中国粉体网   江岸

[导读]  2019年诺贝尔化学奖授予德克萨斯大学奥斯汀分校的JohnB.Goodenough ,纽约州立宾汉姆顿大学的M.Stanley Whittingham和日本名城大学的Akira Yoshino,以表彰他们在锂电池领域的贡献。

中国粉体网讯  2019年诺贝尔化学奖授予德克萨斯大学奥斯汀分校的JohnB.Goodenough ,纽约州立宾汉姆顿大学的M.Stanley Whittingham和日本名城大学的Akira Yoshino,以表彰他们在锂电池领域的贡献。




“感谢他们创造了一个可充电的世界”


锂离子电池就像电力系统的影子,如今在全球范围内为便携电子设备供电,无论是通讯、工作、学习、听音乐等琐事,还是即将进入的可再生能源社会,人们默默享受着锂离子电池带来的便利,感叹科学技术进步的同时也在向科学家们致敬。这一次锂离子电池能够在众多理论化学研究中斩获诺贝尔化学奖,可谓是众望所归!


上个世纪70年代,石油危机爆发,锂离子电池也正是在这对能源充满渴望的年代奠定了基础。彼时,Stanley Whittingham致力于开发可能实现无化石燃料的能源技术。受斯坦福大学超导物理研究的启发(有机链段嵌入式过渡金属硫化物调控超导温度),他首次将过渡金属硫化物正极引入锂电池中,并从结构设计上指明锂离子电池材料可能的结构特点。自此,锂离子电池迎来重要的转折。




Stanley Whittingham的电池结构示意图


Stanley Whittingham设计的电池由金属锂作为负极,活泼的金属锂负极所构成的电池,其电压刚好超过2V。虽然该型电池充满了潜力,但是金属锂活泼的性质导致这种电池并不稳定,甚至随时都有可能爆炸,无法正常使用。


“科学的魅力在于,当发现未知的可能性需要探索,你便无法自拔。”


尽管Stanley Whittingham提出的电池框架不够成熟,但是依旧挡不住人们狂热的探索激情。1980年,John Goodenough证明了他的预测,如果使用可逆脱嵌锂离子的过渡金属氧化物LiCoO2可将电压提高到4V,比过渡金属硫化物更高效和稳定。锂离子电池再一次迎来至关重要的转折。



John Goodenough的电池结构示意图


John Goodenough的这一发现,突破性的解决了四个围绕锂离子电池的关键问题:首次将含锂正极引入锂离子电池,为正极材料设计提供新思路;摆脱锂负极作为唯一锂源,开创无锂负极;引入可脱嵌锂离子的过度金属氧化物替代过渡金属硫化物为正极,将电压提高到4V,成为单芯电压最高的二次电池;无锂负极,跨越式的提高了电池的安全性。


“破茧成蝶之前,美丽也是空洞的。”


数十年的研究沉淀,所为的不过是产业化那轻轻一跃。1985年,吉野彰(Akira Yoshino)以Goodenough的电池结构为基础,创建了首个商业上可行的锂离子电池。该型电池以钴酸锂作为正极,石油焦作为负极,电解液采用了以六氟磷酸锂为锂盐、碳酸乙烯酯与碳酸丙烯酯混合溶液为溶剂的设计。这是一款重量轻,坚固耐用的电池,在其性能下降之前可以充电数百次。它优点在于,彻底摆脱了电极的化学分解放电,取而代之的是锂离子在电极间脱嵌迁移放电。




吉野彰(Akira Yoshino)的电池结构示意图


自1991年正式商业化运营以来,锂离子电池已经渗透进我们生活的方方面面,它们随着人们需求的改变不断调整这形态、结构、甚至组成。如今的锂离子电池,早已随着技术的迭代变得面目全非,但是人们依旧可以从其原理依稀瞧见它当年的模样。时代的前进,科学技术也在不断的发展,曾经不可能的事物正逐渐变的可能,纵使模糊了样子,其背后所承载的勇于探索、孜孜以求的科学精神仍旧在激励着一代又一代的科研人员砥砺向前。



信息来源:诺贝尔奖委员会官网、中国粉体网


推荐13
相关新闻:
网友评论:
0条评论/0人参与 网友评论

版权与免责声明:

① 凡本网注明"来源:中国粉体网"的所有作品,版权均属于中国粉体网,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用。已获本网授权的作品,应在授权范围内使用,并注明"来源:中国粉体网"。违者本网将追究相关法律责任。

② 本网凡注明"来源:xxx(非本网)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责,且不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。如其他媒体、网站或个人从本网下载使用,必须保留本网注明的"稿件来源",并自负版权等法律责任。

③ 如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起两周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。

粉体大数据研究
  • 即时排行
  • 周排行
  • 月度排行
图片新闻