诺贝尔化学奖授予三位“锂电池之父”

发布时间: 2019-10-10 00:32:15 来源: 新京报 栏目: 科技新闻 点击: 64

原标题:诺贝尔化学奖授予三位“锂电池之父”当地时间10月9日,瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布,将2019年诺贝尔化学奖颁...

原标题:诺贝尔化学奖授予三位“锂电池之父”

当地时间10月9日,瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布,将2019年诺贝尔化学奖颁发给3位科学家,分别为美国科学家约翰·古迪纳夫(JohnB.Goodenough)、英国科学家斯坦利·威廷汉(StanleyWhittingham)以及日本科学家吉野彰(AkiraYoshino),以表彰他们在锂离子电池方面的研究贡献。

“他们创造了一个可充电的世界”

2019年诺贝尔化学奖宣布之后,诺奖官网上发布了一篇名为“他们创造了一个可充电的世界”的文章。文章指出,锂离子电池作为质量轻、可充电的强大电池,被应用在手机、笔记本电脑、电动汽车等领域,遍布我们生活的各个角落。锂离子电池还可以储存太阳能和风能,让无化石燃料的世界成为可能。

上世纪70年代早期,威廷汉致力于寻找可以摆脱化石燃料的能源,他通过研究超导体发现了一种能量非常丰富的材料,将其用在锂电池中创建新的阴极,而电池的阳极部分则由金属锂制成,这种金属具有强烈的释放电子的动力。由此,威廷汉开发出了一种可在室温下工作的可充电锂离子电池。

随后,古迪纳夫在威廷汉的研究基础上继续研发,于1980年证明了嵌入锂离子的氧化钴,可以产生多达4伏的电压,这一项重要发现将锂离子电池的电位翻了一番,这样电池的体积更小、容积更大、使用方式更稳定,从而实现商业化,同时开启了电子设备便携化进程。

  1991年锂离子电池首次投入市场

上世纪80年代后期,吉野彰研制出了第一款可商用锂离子电池。他在阴极使用了古迪纳夫的锂-钴氧化物,并在阳极使用了一种名为石油焦的碳基材料,将电池变得更加安全,也更适合日常生活中的各种应用。

1991年,日本一公司将锂离子电池首次投入市场,这种电池就彻底改变了我们的生活。它奠定了无线、无化石燃料社会的基础,造福人们的日常生活。

■专家说法

数次工业革命都依赖于储能技术的发展

资料显示,锂离子电池是一种充电电池,它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。锂离子电池使用一个嵌入的锂化合物作为一个电极材料。目前用作锂离子电池的正极材料主要常见的有:锂钴氧化物、锰酸锂、镍酸锂及磷酸锂铁。这些锂离子电池与其衍生产品是在消费电子领域非常常见的材料。

锂离子电池彻底改变了能量存储技术,并促成了移动革命。锂离子电池具有高电势、高能量密度和高容量的优势,这种电池类型为改善我们的生活做出了巨大贡献。

三名科学家获奖众望所归

中国科学院深圳先进技术研究院副研究员张帆表示,对研究锂电池的科研工作者来说,这次锂离子电池的科研人员获诺奖可以说是众望所归,97岁高龄的古迪纳夫终于等到了这个属于他的荣誉。人类社会的发展离不开能源,数次工业革命的发展都依赖于储能技术的发展。今天,锂离子电池为全世界提供着电力,从智能手机、平板电脑等便携式设备到电动汽车、通讯基站等领域,锂离子电池已经深入到我们日常生活的方方面面,极大地推动了科技的进步。

电池比容量低问题仍在改进

上汽集团电池包总成零件设计工程师王起亮表示,新能源汽车使用锂离子电池相对传统铅酸电池具备很大的优势。锂离子电池能量密度高,循环寿命长。目前锂离子电池普遍应用于新能源汽车行业,其中磷酸铁锂和三元电池是应用最广泛的两种锂离子电池。

从市场应用来看,目前新能源大巴车和公交车中,磷酸铁锂比较常见,因为磷酸铁锂材料相对三元材料更加安全稳定,价格便宜,循环性能更好。目前市场上的新能源乘用车主要以三元电池为主(NCM/NCAI等),因为乘用车放置电池包的空间有限,较商用车而言,其对锂离子动力电池的能量密度要求更高。

对于锂离子电池应用于新能源汽车的未来展望,业界正在探索固态电池,全固态电池最突出的优点就是其安全性高。固态电池内部采用固态电解质,固态电解质不可燃、不存在漏液问题,因而全固态电池具有更好安全性。

南京大学现代工程与应用科学学院材料物理与化学专业硕士齐何山说,锂离子电池为人类社会的进步与发展做出了重要的贡献。但是,目前锂离子电池仍然存在很多问题。最突出的就是电池的比容量低。像手机,需要最少一天充一次电;电动汽车的续航能力一般也不超过500KM。比容量低的问题限制了锂离子电池更广泛的应用空间,因此相关材料技术仍在改进,目前通过对负极材料的改进,从低能量密度的碳负极到现在有较高能量密度的硅负极,使比容量有大幅度的提升。

  ■简介

获诺奖的三位“锂电池之父”

●约翰·古迪纳夫

约翰·古迪纳夫已经97岁高龄,是至今为止诺贝尔奖的最年长获奖者。目前为美国得州大学奥斯汀分校机械工程系教授。他还是钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂正极材料的发明人,通过研究化学、结构以及固体电子和离子性质之间的关系来设计新材料,解决材料科学问题。

古迪纳夫1922年出生于德国,幼年随父亲移民美国。1943年,古迪纳夫进入耶鲁大学,获得数学学士学位后参军。二战结束后,他重返学校获得芝加哥大学物理学博士学位。

古迪纳夫在今年6月接受媒体采访时表示,他目前仍然在从事锂离子电池研究,希望能研发出高能量密度、高安全性的固态电池,从而解决人类潜在的能源危机。他还希望能够看到手下最后一个博士生毕业。

●斯坦利·威廷汉

斯坦利·威廷汉现年77岁,1941年威廷汉出生于英国,1968年在英国牛津大学获得博士学位,随后在美国宾厄姆顿大学任特聘教授。目前担任纽约州立大学宾汉姆顿大学材料研究所和材料科学与工程专业的主任。

在得知获奖后,威廷汉在宾厄姆顿大学网站上发文表示,“我很高兴获得这个奖项,老实说有很多人要感谢,不知道要从哪里开始。我参与锂离子电池研究已经30多年了,这项研究有助于从根本上改善我们存储和使用能源的方式,我希望该领域得到诺贝尔奖的认可之后,可以更加积极地为国家未来的能源使用带来曙光。”

●吉野彰

吉野彰1948年出生于日本大阪,现任旭化成研究员、名城大学教授。他是智能手机和电动汽车使用的锂离子电池的开发者、旭化成公司研究员,旭化成株式会社吉野研究室室长,京都大学大学院工学研究专业特命教授。

吉野得知获得诺贝尔奖之后,他在旭化成株式会社表示,“很荣幸获得2019年诺贝尔化学奖。万分感谢”。

消息刚公布不久,日本首相安倍晋三在推特上表示:“恭喜吉野博士获诺贝尔化学奖。锂离子电池在手机等领域都会用到,这改变了世界每一个人的生活。我为此感到骄傲。期待你取得更大成就。”

新京报记者陈沁涵

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