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迟来的荣耀!2019诺贝尔化学奖授予锂电池发明人

2019-11-10 16:21:44 来源:生物新闻网

今年的诺贝尔化学奖得主是约翰·古德教授(左)、斯坦利·惠廷翰教授(中)和吉野·阿基拉博士(右)

北京时间10月9日下午5点45分,2019年诺贝尔奖的最后一个自然科学奖揭晓——美国化学家约翰·古德托(John good tower)、斯坦利·惠廷翰(stanley whittingham)和日本化学家阿基拉·吉野(akira yoshino)因对锂电池发明的开创性贡献获得了今年的诺贝尔化学奖。

在过去的几十年里,只有少数发明彻底改变了整个世界,包括锂电池。举个简单的例子,如果没有锂电池,你将无法通过手边的设备阅读新闻。

电池:时代的弃儿

锂电池是如何诞生的?这也始于20世纪60年代。那时,电池已经不是什么新鲜事了。众所周知,电池需要两个电极,电极之间需要电解质以允许离子移动。电池的两个电极分别称为阴极和阳极。当电池放电时,带正电荷的离子将从阳极流向阴极,产生电流。

可以想象,用于两个电极的材料和电解质决定了电池的性能。为了改造电池,科学家需要尝试各种材料。这似乎是一件无聊的事情,没有多少人愿意参加。

推出这款T型车的福特无意中引发了电池研究热潮。

然而,1966年,福特彻底改变了局面。在介绍了著名的T型车之后,福特决定投资电动汽车。为了给汽车提供能量,福特计划开发一种新电池,其储存的能量是以前的15倍。假设这种新电池一次只能在一小时内行驶322公里,这听起来很有吸引力。

从现在开始,福特的豪言壮语并没有真正实现。然而,这在当时引起了对电池的研究热潮。“一瞬间,一切都变了。电池不再是一个无聊的领域,”古德教授回忆道。对电池的热情一直持续到20世纪70年代:在石油危机的影响下,人们越来越相信电力是未来。

锂电池的诞生

锂电池是人们提出的新电池之一。当时,为埃克森公司工作的惠廷翰博士创造了锂电池的原型。他指出,二硫化钛和锂有望成为一种全新的电池系统。两者之间的电化学反应在环境温度下非常快速且可逆。这表明我们可以给电池充电。惠廷翰博士在1976年的《科学》论文中指出,二硫化钛是可以用作阴极的新一代固体材料。

这篇短短的两页纸介绍了锂电池的雏形。

然而,锂电池的雏形由于许多原因没有得到广泛应用。首先,二硫化钛太贵(当时价格为每公斤1000美元),不能用作电池材料。其次,与空气接触后,二硫化钛也会产生硫化氢。这种分子不仅有臭味,而且对动物有毒。此外,金属锂制成的电极非常活跃,容易带来火灾或爆炸等安全隐患。转念一想,埃克森决定放弃对这种锂电池的研发计划。

但是其他科学家没有放弃这种新型电池。因为问题在于电极的材料,也许更换电极可以解决问题。1980年,古德伊尔教授的团队取得了突破。他们发现锂的金属氧化物可能成为锂电池的电极。一方面,它仍然可以释放锂离子;另一方面,它更稳定,没有安全隐患。在那一年的杂志《材料研究公报》上,他的团队表明钴酸锂(licoo2)可以用作锂电池的阴极材料。今天,我们仍在使用这种材料制造锂电池。

锂电池结构示意图

然而,电池另一极的发展遇到了一些波折。同样在1980年,一些科学家指出石墨可能成为锂电池的阳极材料。然而,电池中的一些可溶性分子会被插入石墨的碳结构中,造成损害。吉野·阿基拉博士和他的同事使用聚乙炔作为阳极材料,一举成功。1985年,yoshino akira博士使用钴酸锂和聚乙炔生产了第一个现代锂电池。1991年,索尼和旭化成股份有限公司共同推出了第一款商用锂电池。一个全新的时代已经到来。

从那以后,这三个人被认为是诺贝尔化学奖的有力竞争者,但他们一再被拒绝获奖。今天,自从这些科学家发明新产品以来,已经过去了30多年。今天授予他们的诺贝尔化学奖也是对他们在世界上所做的重大改变的最好承认。

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