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諾貝爾化學獎授予三位“鋰電池之父”

http://finance.sina.com   2019年10月09日 09:33   新京報

  原標題:諾貝爾化學獎授予三位“鋰電池之父”

  當地時間10月9日,瑞典皇家科學院在斯德哥爾摩宣佈,將2019年諾貝爾化學獎頒發給3位科學家,分別爲美國科學家約翰·古迪納夫(John B. Goodenough)、英國科學家斯坦利·威廷漢(Stanley Whittingham)以及日本科學家吉野彰(Akira Yoshino),以表彰他們在鋰離子電池方面的研究貢獻。

  “他們創造了一個可充電的世界”

  2019年諾貝爾化學獎宣佈之後,諾獎官網上發佈了一篇名爲“他們創造了一個可充電的世界”的文章。文章指出,鋰離子電池作爲質量輕、可充電的強大電池,被應用在手機、筆記本電腦、電動汽車等領域,遍佈我們生活的各個角落。鋰離子電池還可以儲存太陽能和風能,讓無化石燃料的世界成爲可能。

  上世紀70年代早期,威廷漢致力於尋找可以擺脫化石燃料的能源,他通過研究超導體發現了一種能量非常豐富的材料,將其用在鋰電池中創建新的陰極,而電池的陽極部分則由金屬鋰製成,這種金屬具有強烈的釋放電子的動力。由此,威廷漢開發出了一種可在室溫下工作的可充電鋰離子電池。

  隨後,古迪納夫在威廷漢的研究基礎上繼續研發,於1980年證明了嵌入鋰離子的氧化鈷,可以產生多達4伏的電壓,這一項重要發現將鋰離子電池的電位翻了一番,這樣電池的體積更小、容積更大、使用方式更穩定,從而實現商業化,同時開啓了電子設備便攜化進程。

  1991年鋰離子電池首次投入市場

  上世紀80年代後期,吉野彰研製出了第一款可商用鋰離子電池。他在陰極使用了古迪納夫的鋰-鈷氧化物,並在陽極使用了一種名爲石油焦的碳基材料,將電池變得更加安全,也更適合日常生活中的各種應用。

  1991年,日本一公司將鋰離子電池首次投入市場,這種電池就徹底改變了我們的生活。它奠定了無線、無化石燃料社會的基礎,造福人們的日常生活。

  ■ 專家說法

  數次工業革命都依賴於儲能技術的發展

  資料顯示,鋰離子電池是一種充電電池,它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。鋰離子電池使用一個嵌入的鋰化合物作爲一個電極材料。目前用作鋰離子電池的正極材料主要常見的有:鋰鈷氧化物、錳酸鋰、鎳酸鋰及磷酸鋰鐵。這些鋰離子電池與其衍生產品是在消費電子領域非常常見的材料。

  鋰離子電池徹底改變了能量存儲技術,並促成了移動革命。鋰離子電池具有高電勢、高能量密度和高容量的優勢,這種電池類型爲改善我們的生活做出了巨大貢獻。

  三名科學家獲獎衆望所歸

  中國科學院深圳先進技術研究院副研究員張帆表示,對研究鋰電池的科研工作者來說,這次鋰離子電池的科研人員獲諾獎可以說是衆望所歸,97歲高齡的古迪納夫終於等到了這個屬於他的榮譽。人類社會的發展離不開能源,數次工業革命的發展都依賴於儲能技術的發展。今天,鋰離子電池爲全世界提供着電力,從智能手機、平板電腦等便攜式設備到電動汽車、通訊基站等領域,鋰離子電池已經深入到我們日常生活的方方面面,極大地推動了科技的進步。

  電池比容量低問題仍在改進

  上汽集團電池包總成零件設計工程師王起亮表示,新能源汽車使用鋰離子電池相對傳統鉛酸電池具備很大的優勢。鋰離子電池能量密度高,循環壽命長。目前鋰離子電池普遍應用於新能源汽車行業,其中磷酸鐵鋰和三元電池是應用最廣泛的兩種鋰離子電池。

  從市場應用來看,目前新能源大巴車和公交車中,磷酸鐵鋰比較常見,因爲磷酸鐵鋰材料相對三元材料更加安全穩定,價格便宜,循環性能更好。目前市場上的新能源乘用車主要以三元電池爲主( NCM/ NCAI等),因爲乘用車放置電池包的空間有限,較商用車而言,其對鋰離子動力電池的能量密度要求更高。

  對於鋰離子電池應用於新能源汽車的未來展望,業界正在探索固態電池,全固態電池最突出的優點就是其安全性高。固態電池內部採用固態電解質,固態電解質不可燃、不存在漏液問題,因而全固態電池具有更好安全性。

  南京大學現代工程與應用科學學院材料物理與化學專業碩士齊何山說,鋰離子電池爲人類社會的進步與發展做出了重要的貢獻。但是,目前鋰離子電池仍然存在很多問題。最突出的就是電池的比容量低。像手機,需要最少一天充一次電;電動汽車的續航能力一般也不超過500KM。比容量低的問題限制了鋰離子電池更廣泛的應用空間,因此相關材料技術仍在改進,目前通過對負極材料的改進,從低能量密度的碳負極到現在有較高能量密度的硅負極,使比容量有大幅度的提升。

  ■ 簡介

  獲諾獎的三位“鋰電池之父”

  ●約翰·古迪納夫

  約翰·古迪納夫已經97歲高齡,是至今爲止諾貝爾獎的最年長獲獎者。目前爲美國得州大學奧斯汀分校機械工程系教授。他還是鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰正極材料的發明人,通過研究化學、結構以及固體電子和離子性質之間的關係來設計新材料,解決材料科學問題。

  古迪納夫1922年出生於德國,幼年隨父親移民美國。1943年,古迪納夫進入耶魯大學,獲得數學學士學位後參軍。二戰結束後,他重返學校獲得芝加哥大學物理學博士學位。

  古迪納夫在今年6月接受媒體採訪時表示,他目前仍然在從事鋰離子電池研究,希望能研發出高能量密度、高安全性的固態電池,從而解決人類潛在的能源危機。他還希望能夠看到手下最後一個博士生畢業。

  ●斯坦利·威廷漢

  斯坦利·威廷漢現年77歲,1941年威廷漢出生於英國,1968年在英國牛津大學獲得博士學位,隨後在美國賓厄姆頓大學任特聘教授。目前擔任紐約州立大學賓漢姆頓大學材料研究所和材料科學與工程專業的主任。

  在得知獲獎後,威廷漢在賓厄姆頓大學網站上發文表示,“我很高興獲得這個獎項,老實說有很多人要感謝,不知道要從哪裏開始。我參與鋰離子電池研究已經30多年了,這項研究有助於從根本上改善我們存儲和使用能源的方式,我希望該領域得到諾貝爾獎的認可之後,可以更加積極地爲國家未來的能源使用帶來曙光。”

  ●吉野彰

  吉野彰1948年出生於日本大阪,現任旭化成研究員、名城大學教授。他是智能手機和電動汽車使用的鋰離子電池的開發者、旭化成公司研究員,旭化成株式會社吉野研究室室長,京都大學大學院工學研究專業特命教授。

  吉野得知獲得諾貝爾獎之後,他在旭化成株式會社表示,“很榮幸獲得2019年諾貝爾化學獎。萬分感謝”。

  消息剛公佈不久,日本首相安倍晉三在推特上表示:“恭喜吉野博士獲諾貝爾化學獎。鋰離子電池在手機等領域都會用到,這改變了世界每一個人的生活。我爲此感到驕傲。期待你取得更大成就。”

  新京報記者 陳沁涵

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