向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了
广告

97岁“锂电池之父”等三位科学家获2019年诺贝尔化学奖

时间:2019-10-10 作者:网络整理 阅读:
瑞典斯德哥尔摩当地时间9日中午,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·古迪纳夫(John B. Goodenough)、英国科学家斯坦利·惠廷厄姆(M. Stanley Whittingham)和日本科学家吉野彰(Akira Yoshino),以表彰他们在锂离子电池研发领域作出的贡献。

瑞典斯德哥尔摩当地时间9日中午,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·古迪纳夫(John B. Goodenough)、英国科学家斯坦利·惠廷厄姆(M. Stanley Whittingham)和日本科学家吉野彰(Akira Yoshino),以表彰他们在锂离子电池研发领域作出的贡献。IedEETC-电子工程专辑

20191010-nobel-price-2.jpgIedEETC-电子工程专辑

他们创造了一个可充电的世界

美国德州大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)机械工程系教授Goodenough是锂电池之父,他的名字挺有意思,翻译过来是“足够好”的意思。但关注诺奖或者电池领域的人可能知道,他堪称化学奖界的村上春树——“陪跑”多年,人人都觉得他应该得,但就是一直没有得,直到今年。Goodenough使锂电池体积更小、容积更大、使用方式更稳定,从而实现商业化,同时开启了电子设备便携化进程。IedEETC-电子工程专辑

值得一提的是,三位科学家均已70岁以上。其中,1922年出生的Goodenough已97岁,打破了诺贝尔奖获得者的最大年龄纪录。三人中年龄最小的日本旭化成公司名誉研究员Akira Yoshino今年也已71岁。IedEETC-电子工程专辑

Akira Yoshino在发布会的电话连线中说,“好奇心是驱使我开展研究的动力”,气候变化是当今非常严峻的挑战,锂离子电池能为解决这一问题提供很大帮助。IedEETC-电子工程专辑

今年诺贝尔化学奖奖金共900万瑞典克朗(约合91万美元),将由三名获奖科学家平分。IedEETC-电子工程专辑

20191010-nobel-price.pngIedEETC-电子工程专辑

可以想象一下没有锂电池的世界,出门在外,你恐怕得为手机准备上一打镍镉电池,以防它打上几个电话就宣告罢工。颁奖致辞当中,瑞典皇家科学院表示:“锂电池作为轻便,可充电和强大的电池,如今得到广泛使用,尤其在电话,电脑和电动汽车领域,它还能显著保存太阳能和风能,这将帮助人类开启摆脱石能源的社会”。IedEETC-电子工程专辑

致辞里还回顾了上世纪七十年代的石油危机,这也曾是锂电池发展的初始阶段。本次获奖的三人在锂电池发展中做了巨大贡献,其中“Whittingham对超导和富含能量的钴酸锂进行研究,发现这种材料适合做阴极材料”, Goodenough “让这种电池的性能潜力翻倍”,而Akira Yoshino则“通过去除金属锂,让锂电池变得更加安全”。IedEETC-电子工程专辑

锂离子电池的诞生

上世纪70年代,Whittingham正致力于研制一种可以摆脱石油燃料的能源技术。他开始对超导体材料进行研究,并很快发现了一种极端富能的材料,利用这种材料,他将这种材料创造性的用于制作锂电池的阴极。这是使用二硫化钛制作的,在分子层面上,其内部空隙可以容纳锂离子。IedEETC-电子工程专辑

电池的正极部分由金属锂制成。锂有很强的释放电子的驱动力。这就形成了一个具有巨大电势的电池,刚刚超过2伏特。然而,金属锂是活性的,电池爆炸的风险太大,在商业上并不可行。IedEETC-电子工程专辑

Goodenough推测,如果用一种金属氧化物而不是金属硫化物来制造阴极,那么电池将具有更大的电势。经过系统的研究,在1980年,他证明了嵌入锂离子的氧化钴可以产生高达4伏特的电压。层状氧化物正极材料——钴酸锂至此确定,这是一个重要的突破,将带来更强大的电池。而“这一材料至今仍应用在我们各类主流消费类电子产品中。”中国科学院物理所研究员李泓说。IedEETC-电子工程专辑
20191010-nobel-price-1.pngIedEETC-电子工程专辑
20世纪70年代初,斯坦利·惠廷汉姆(Stanley Whittingham,今年的化学奖得主)开发出第一块可工作的锂电池时,他利用锂的巨大动力释放其外部电子。IedEETC-电子工程专辑

但有了正负极材料,并不意味着就能有可用的电池,需要有人将所有这些材料集成为可用的器件。IedEETC-电子工程专辑

在Goodenough研制出的阴极基础上,日本名古屋市的旭化成公司(Asahi Kasei)研究员、名城大学教授吉野彰(Akira Yoshino) 1985年开发出了首个接近商用的锂离子电池。他并未使用活泼的金属锂做阳极,而是使用了焦炭,这种碳材料可以像氧化钴一样提供容纳锂离子的空间。IedEETC-电子工程专辑

1991年,索尼公司率先将其真正商业化。一个轻巧耐用、在性能下降前可充放电数百次的电池由此产生。上海科技大学物质科学与技术学院助理研究员刘巍说:“从1991年商业化到现在,锂电池的主流正负极材料没有太大改变。现在最常见的锂电池中,正极为钴酸锂材料,负极是碳材料。”IedEETC-电子工程专辑

李泓认为,Akira Yoshino的获奖也充分说明,原始创新不一定只出现在高校实验室。当基本概念提出后,工程技术方面的创新突破也是最终能否获得实际应用的关键。所以对基础科学的发展起到了奠基性作用、对技术创新和技术改进起到了关键推动作用的成果,都应该获得诺贝尔奖级的评价。IedEETC-电子工程专辑

科研人员仍在不断推进锂电池技术发展

锂离子电池的优点是,它们不是基于分解电极的化学反应,而是基于锂离子在正极和负极之间来回流动。自1991年首次进入市场,锂离子电池彻底改变了人们的生活。这种电池奠定了无线、无化石燃料社会的基础,对人类具有极大益处。IedEETC-电子工程专辑

1997年,Goodenough已经75岁,他和团队又开发了另一种更加稳定安全的正极材料磷酸铁锂,它是目前电动汽车、电动大巴、电动船舶、大规模储能、通信基站、数据中心等所用电池的主流材料。“他在锂电池正极材料方面作了奠基性的贡献。”李泓强调。而Goodenough的很多学生,也在锂电池这一领域继续开疆拓土,为正极材料和电解质材料的开发作出了卓越的贡献。“他得到诺贝尔奖是实至名归,”李泓说,“早就应该得了。”IedEETC-电子工程专辑

现在的科研人员也在研发新的正负极材料,但还不够主流。“毕竟,要找到新的材料并且将之真正应用,并不容易,而且耗时漫长。”刘巍说,现在比较好的发展方向,是固态锂电池,它的性能有望更好,而且更安全。传统锂电池用的是液体电解液,它容易燃烧。换成固体,便能解决这一问题。各国都在大力发展这一方向,不过固态锂电池尚处在实验室探索和初步商业化阶段。IedEETC-电子工程专辑

Goodenough依然走在他开创领域的前沿,也在进行全固态电池的研究。近期他还在期刊上刊文,回顾了可充电锂电池的历史。IedEETC-电子工程专辑

锂电池技术也在进一步发展。李泓说,科研人员和工程师们,努力在让目前的锂离子电池能量密度更高,充放电速度更快,更安全,更长寿。总之,用各种创新的方法去提升和优化锂电池的性能,让它们可以用到更多、更广阔的场景中去,在更极端条件下,也能发挥作用。IedEETC-电子工程专辑

责编:Luffy LiuIedEETC-电子工程专辑

本文综合自新华社、人民日报、科技日报、新浪科技报道IedEETC-电子工程专辑

本文为EET电子工程专辑 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
您可能感兴趣的文章
相关推荐
    广告
    近期热点
    广告
    广告
    广告
    可能感兴趣的话题
    广告