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诺贝尔化学奖表彰锂离子电池研究,造就电动车以及充电世界可能

2024-05-02 219


诺贝尔化学奖在今日 (10/9) 瑞典时间 11 :45 公布,表彰形塑人人带着随身电子装置的时代,充电世界成为可能的锂离子电池技术,总共由三位学者 John B. Goodenough、M. Staley Whittingham、吉野彰获得今年 2019 年诺贝尔化学奖,并且平分奖金。其中 Goodenough 教授是史上最老的诺贝尔奖获奖者,已经高龄 97 岁。

锂离子电池的可能来自 1970 年代石油危机,纽约州立大学宾汉姆顿大学教授 M. Staley Whittingham 开始研究超导体,想要找出能够造就免除石油依赖的新技术,最后发现有极佳丰富的金属材质能够胜任,从而用二硫化钛当阴极,在分子层次当中,给予锂离子镶嵌的空间,造就 2 伏特的电压。但可惜锂金属太贵了,导致锂电池成本太高。

▲ 锂在元素周期表中排序第三,电子相当容易脱离,变成带正电的锂离子。(Source:瑞典皇家学院)

▲ M. Staley Whittingham 设计的锂电池采用二硫化钛当阴极,能够产生 2 伏特的电压,但因为锂金属太贵而不具商业价值。(Source:瑞典皇家学院)

美国德州大学奥斯丁分校固态物理学者 John B. Goodenough 预测 电池阴极用金属氧化物取代金属硫化物,会提高电池的效率,到了1980年 Goodenough 发现新的材质氧化钴,从原来 2 伏特电压提高到 4 伏特电压,造就锂电池商用可能垫下关键一步。

▲ John B. Goodenough 预测阴级用金属氧化物能提高电池效率,成功找出氧化钴作为阴级材质,电压提高到  4 伏特。(Source:瑞典皇家学院)

日本学者,旭化成研究员吉野彰接续 Goodenough 的研究成果,阴极采用金属氧化物取代金属硫化物,在 1985 年推出第一个商用地锂离子电池。吉野彰在电池阳极舍弃反应性锂,而是采用碳化合物石油焦,就像 Goodenough 设计的电池阴级采用的氧化钴,阳极的石油焦能镶嵌锂离子。

▲ 吉野彰设计的锂电池阳极采用石油焦,造就锂电池具备商业价值,不久锂电池成为随身电子设备当中必备的元件。(Source:瑞典皇家学院)

1991 年日本电子厂开始贩售锂离子电池,手机不再被电池占满大量空间,能够缩小体积,而能够带出去使用而且有足够电量的 MP3 拨放器以及平板,才有开发和销售可能。

日本学者吉野彰跨洋连线到化学奖发布记者会接受记者访问,说当初从 1981 年开始研究锂离子电池,不大是因为想要赚钱,而是基于好奇心驱使而研究,这次很高兴能够获奖。

▲ 来自美国与日本的三位学者因锂离子电池研究获得 2019 年诺贝尔化学奖。(Source:瑞典皇家学院)

大家关心诺贝尔奖年纪最大的得主 Goodenough 是否会出席颁奖典礼,瑞典皇家学院回答语带保留说还不能确认。瑞典皇家学院说 Goodenough 仍在九十多岁的高龄下,每天持续进研究室,关注锂电池技术新发展进度。

▲ 三位锂离子电池研究者获得 2019 年诺贝尔化学奖并且平分奖金。(Source:瑞典皇家学院)

瑞典皇家学院指出锂电池技术造就远离石油燃料的可能,而且是化学居中地位与物理、材料、工程等跨学科合作,现今看到越来越多的电动车取代燃料车就是证明。不过皇家学院坦言现今电池技术仍有改进空间,目标希望锂电池能提供更高的电量。

今年化学奖三位得主各自在自己的岗位努力,造就现在的锂离子电池驱动随身电子装备,三位学者的研究突破加总之后,才有现在街上看到的电动车,以及能够随时用随身电源,维持人们功能强大的智能手机等装置运作。

  • Press release: The Nobel Prize in Chemistry 2019 
  • The Nobel Prize in Chemistry 2019 – Popular information
  • The Nobel Prize in Physics 2019 – Scientific background – NobelPrize.org

(首图来源:瑞典皇家学院)

2019-10-10 11:05:00

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