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科普:创造可充电的绿色新世界——解读2019年诺贝尔化学奖成

发布于:2019-11-15 17:12:23 点击:1597

新华社斯德哥尔摩10月9日电从智能手机和笔记本电脑等消费电子产品到电动汽车和风能、太阳能等大型储能设备,锂离子电池现在已经成为我们生活中不可或缺的“能源”。

小电池发挥了巨大的作用,这项促进人类社会进步的发明最终获得了诺贝尔奖的认可。瑞典皇家科学院9日宣布,2019年诺贝尔化学奖将授予来自日本的科学家约翰·古德伊尔、斯坦利·惠廷汉姆和阿基拉·吉野,以表彰他们在锂离子电池研发方面的贡献。

今年的诺贝尔化学奖落在锂离子电池上,这是人们普遍期待的。早在20世纪70年代和80年代,三位获奖研究人员就建立了现代锂离子电池的基本框架。自20世纪90年代以来,锂离子电池开始大规模进入市场,现在几乎无处不在。

锂离子电池主要由阴极、阳极、电解质、隔膜、外部电路等部分组成。它依靠锂离子在阳极和阴极之间的移动来产生电流。阴极和阳极材料的选择对于能源效率和安全性非常重要。目前最常见的可充电锂离子电池以钴酸锂材料为阴极,碳材料为阳极,具有能量密度高、循环寿命长、安全可靠的优点。

20世纪70年代的石油危机催生了对新能源存储的需求,推动了电池的研发,为未来锂离子电池奠定了基础。当时,致力于超导体研究和开发的惠廷翰(Whittingham)创新性地使用二硫化钛作为阴极材料来储存锂离子,锂金属作为阳极材料的一部分来制造第一个新电池。然而,由于锂金属的化学性质过于活跃,这种电池有爆炸的潜在危险。

这时,就像它的名字“足够好”的免费翻译一样,“足够好”带来了新的灵感。这位老人为诺贝尔奖获得者的高龄创造了新的记录,他作为一名航空气象兵参加了第二次世界大战,战后去芝加哥大学深造,并获得了物理学博士学位。他在1980年发现钴酸锂作为阴极材料比以前的二硫化钛更适合储存锂离子。目前,97岁的古德托仍然致力于电池的研发。

在远离海洋的日本,由吉野·阿基拉开发的阳极材料和古德伊尔开发的阴极材料形成了“完美的匹配”。吉野·阿基拉发现石油焦可以用作更好的阳极,但他很苦恼,因为他找不到合适的阴极材料。直到他读完古德伊尔的论文,他才激动地说,“他的发现给了我一切我需要的东西”。迄今为止,以钴酸锂为阴极,碳材料为阳极的锂离子电池已经诞生。

1991年,这两个人共同发明的锂离子电池正式上市。它重量轻、耐用、安全可靠,在性能下降之前可以充放电数百次。

获奖后,吉野·阿基拉在接受采访时回答研究的初衷时说,他完全是“受好奇心驱使”,研究是一个漫长的过程。“我只是嗅出了趋势的发展方向。你可以说我嗅觉很好。”

诺贝尔委员会成员奥尔洛夫·拉姆斯特罗姆在评价该奖项时说:“这个神奇电池带来的巨大而惊人的社会影响是显而易见的。”诺贝尔委员会还表示,获奖的研究将帮助我们从化石燃料驱动的生活方式转变为电能驱动的生活方式,对应对气候变化也至关重要。

值得一提的是,诺贝尔化学奖授予锂离子电池的研究,这再次证实了诺贝尔奖对跨学科研究的日益重视。诺贝尔委员会在颁奖仪式上接受新华社记者采访时说,未来可能会有更多的新发现来自多学科的研究合作。我们已经看到了化学、生物和物理的结合,可能还有科学、工程和设计的结合。

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