你当前位置: 矶滩新闻>健康养生>涨知识|2019年诺贝尔化学奖“主角”锂电池的前世今生
涨知识|2019年诺贝尔化学奖“主角”锂电池的前世今生
作者:匿名2019-11-08 14:55:24

很少看到中国元素在学术领域发挥核心作用,但2019年诺贝尔化学奖的主角是一种起源于大爆炸锂的古老化学元素。

10月9日,瑞典皇家科学院宣布将2019年诺贝尔化学奖授予约翰·古德托(John b . good town)、斯坦利·惠廷翰(Stanley Whittingham)和阿基拉·吉野(akira yoshino),表彰他们在锂离子电池领域的贡献。

锂电池的故事始于锂元素的发现。

1817年,瑞典化学家约翰·奥古斯特·阿尔弗韦森和詹斯·雅各布·贝尔泽利乌斯首次从瑞典一个小岛的矿石样品中提取锂。当时,别尔泽利乌斯用希腊单词“石头,石头”来命名它。

虽然这个名字听起来很重,但锂实际上是最轻的固体元素——这可能就是为什么我们有时没有注意到随身携带的手机。

更准确地说,瑞典化学家实际上并没有发现纯锂金属,而是发现了盐形式的锂离子。纯锂是一种非常不稳定的元素,必须储存在石油中,以防止它与空气反应。

锂的弱点是它的反应性,但这正是它的优点。

斯坦利·惠廷汉姆在20世纪70年代早期开发了第一个功能锂电池,他利用锂的巨大驱动力释放外部电子。

1980年,约翰古德足够将电池的潜力翻了一番,为更强更有用的电池创造了合适的条件。

吉野昭夫在1985年成功地从电池中取出纯锂。他使用锂离子作为材料,比纯锂更安全。

这次尝试中的电池实现了人们的真实生活。锂离子电池给人类带来了许多好处。它使得开发笔记本电脑、手机、电动车以及储存太阳能和风能成为可能。

斯坦利·惠廷翰将锂引入电池

20世纪中叶,世界汽车数量增加,汽车尾气进一步加剧了大城市的空气污染。与此同时,人们越来越意识到有限的石油资源,这导致汽车制造商和石油公司敲响了警钟。为了生存,他们计划投资电动汽车和替代能源。

然而,电动汽车和替代能源都需要能够储存大量能量的强大电池。当时,市场上只有两种类型的可充电电池——重铅电池和镍镉电池。

斯坦利·惠汀汉姆把锂金属带进了电池,这成了故事的主角。他用锂作为新电池的负极。

锂不是随机选择;在电池中,电子从负极(阳极)流向正极(阴极)。因此,负极应该包含容易释放电子的材料,锂是所有元素中最容易释放电子的材料。

斯坦利·惠廷翰的实验创造了一种可充电锂电池,它在室温下工作,具有巨大的潜力。之后,他去了埃克森美孚在纽约的总部。在大约15分钟的会议后,埃克森美孚的管理团队决定惠廷翰的发现将用于开发一种商业上可行的电池。

第一批可充电电池的电极中有固体物质,当它们与电解质反应时,会损坏电池。

石油危机激发古德托对电池的兴趣

约翰·古德托年轻时在阅读方面有很大障碍,所以他被数学和物理所吸引。像20世纪70年代的许多人一样,古德诺感受到了石油危机的影响,希望为替代能源的发展做出贡献,从而进入能源研究领域。

古德拜特了解了斯坦利惠廷翰的革命性电池,但他在材料中的专业知识告诉他,如果用金属氧化物代替金属硫化物制造电池的正极,电池的潜力会更大。

他的研究团队开始寻找一种金属氧化物,当它嵌入锂离子时需要产生高电压,但是当锂离子被移除时它不会崩溃。

这项系统的研究比斯坦利·惠廷翰预期的要成功得多。good tower使用钴酸锂作为电池的正极材料,生产的电池功率几乎为4伏。

1980年,他发表了一篇介绍这种新型正极材料的论文,这种材料重量很轻,但可以生产出强大的高容量电池。

古德开始在锂电池的正极中使用钴酸锂。这使电池的潜能加倍,并使其更加强大。

吉野·阿基拉制造首个商业上可行的锂离子电池

吉野·阿基拉在足够好的基础上最初使用钴酸锂作为电池的正极,并尝试使用各种碳基材料作为负极。后来,他用石油工业的副产品石油焦做负极。结果表明,他研制的电池更加稳定,重量轻,容量大,能明显产生4伏电压。

这种电池的工作原理不是基于任何有害的化学反应,而是依赖于锂离子在电极之间来回流动,使用寿命长,在性能下降之前可以充电数百次。另一大优势是。这种电池不使用纯锂,因此确保了安全性。

吉野·阿基拉开发了第一个商业上可行的锂离子电池。

1991年,日本一家大型电子公司开始销售第一批锂离子电池,引发了一场电子革命。从那时起,手机变得越来越小,电脑变得越来越便携,mp3播放器和平板电脑也得到发展。

近年来,世界各地的研究人员都在寻找更好的电池,但是没有人成功地发明出比锂离子电池容量更大、电压更高的电池。

同时,锂离子电池也得到了改进。例如,约翰古德托用磷酸铁代替钴酸锂,使电池更加环保。

贵州快三 江苏快3 广东快乐十分