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三位科學(xué)家因鋰電池而獲諾獎

鉅大LARGE  |  點擊量:1067次  |  2020年09月28日  

10月9日,2019年諾貝爾化學(xué)獎揭曉,均分900萬瑞典克朗獎金的三位科學(xué)家分別是美國的約翰·B·古迪納夫、M·斯坦利·威廷漢和日本的吉野彰,他們獲獎的原因是發(fā)明了輕便的可攜帶鋰電池,推動了電子設(shè)備的便攜化。其中古迪納夫今年97歲,打破了去年物理學(xué)家阿瑟·阿什金的記錄,成為獲獎時年齡最大的諾貝爾獎得主。


仔細(xì)算一下的話,900萬瑞典克朗大約折合人民幣645萬元左右,也就是說,如果按人民幣計算,每人平均分得200多萬元。不過,三位科學(xué)家為社會帶來的財富可遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這個數(shù)字,僅我國2016年鋰電子產(chǎn)業(yè)規(guī)模就達(dá)到1280億元,占全球的40%左右。更為關(guān)鍵的是,如果沒有鋰電池,從電子手表、智能手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦到智能可穿戴設(shè)備,這些都將無從談起??梢哉f,如果沒有鋰電池,特別是可以充電的鋰離子電池,電子消費產(chǎn)品不會像今天這般普及,人類社會的模樣將大為不同。


鋰電池一般分為鋰電池和鋰離子電池,前者不可以充電,比如汽車鑰匙里常見的紐扣電池;后者則是充電電池,比如如今的智能手機(jī)電池??茖W(xué)家很早就意識到,鋰在電池方面大有可為,這是因為,作為一種堿金屬,鋰的密度最小,比水還要輕,是最輕的堿金屬元素,且在已知元素中金屬活動性最強(qiáng),并且,鋰的電荷密度很大并且有穩(wěn)定的氦型雙電子層,使得鋰容易極化其他的分子或離子,自己本身卻不容易受到極化。還有一點不容忽視,雖然位列稀有金屬,但鋰在地球上的儲量卻不稀有,已知含鋰的礦物有150多種,我國的鋰礦資源也非常豐富。


早在1855年,科學(xué)家們就通過電解氯化鋰得到了大塊的鋰。最早的鋰電池是由愛迪生發(fā)明的,但是在很長一段時期,由于鋰金屬的化學(xué)特性活潑,加工和使用的環(huán)境要求高,所以鋰電池并沒有得到應(yīng)用。后來,微電子技術(shù)發(fā)展,電子設(shè)備逐漸小型化,鋰電池才有了更多應(yīng)用舞臺,最早投入實際應(yīng)用的鋰電池,是用于心臟起搏器。


作為可充電電池,鋰離子電池依靠鋰離子在正負(fù)極之間移動來工作。20世紀(jì)70年代,威廷漢采用硫化鈦作為正極材料,用金屬鋰作負(fù)極,制成首個鋰離子電池。不過,由于鋰的化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)烈,所以后來的研究方向,逐漸變成尋找鋰化物來替代金屬鋰用于電池。從20世紀(jì)90年代中期開始,鋰離子電池逐漸投入應(yīng)用。

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

1980年,古迪納夫和日本科學(xué)家水島公一在牛津大學(xué)發(fā)現(xiàn)可用于鋰離子電池的鈷酸鋰。1985年,鈷酸鋰被旭化成公司的吉野彰運用開發(fā)電池陰極,徹底摒棄金屬鋰,完成了最初的可商業(yè)化的鋰離子電池,到1991年,索尼公司和旭化成公司成功發(fā)布第一個商用鋰離子電池。從此,“大哥大”不見了,筆記本電腦走向市場,各類攜帶式電子設(shè)備的重量和體積大大減小,使用時間也得以延長。另外,由于鋰離子電池不含有金屬鎘,所以不會像鎳鎘電池那樣產(chǎn)生鎘污染。


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