2019年諾貝爾化學獎揭曉!

2021-01-13 人民網


2019年諾貝爾化學獎獎勵鋰離子電池的開發。當地時間10月9日，瑞典皇家科學院宣布，將2019年諾貝爾化學獎授予約翰·B·古迪納夫（John B. Goodenough）、M·斯坦利·威廷漢（M. Stanley Whittingham ）、吉野彰（Akira Yoshino）。獲獎原因為：「他們創造了一個可充電的世界」。


當前，鋰離子電池在全球範圍內用於為可攜式電子設備供電。我們使用這些可攜式電子設備進行通訊、工作、學習、聽音樂和尋找知識。鋰電池還促進了遠程電動汽車的開發以及來自可再生能源（例如太陽能和風能）的能量存儲。現在，這種輕巧、可充電且功能強大的電池已用於從手機到筆記本電腦和電動車的所有產品。它還可以存儲來自太陽能和風能的大量能量，從而使無化石燃料社會成為可能。


三位科學家是如何共同「發明」鋰電池的？


據諾貝爾獎官網介紹，鋰離子電池的基礎是在1970年代的石油危機期間奠定的。Stanley Whittingham致力於開發可能導致無化石燃料的能源技術的方法。他開始研究超導體，並發現了一種能量非常豐富的材料，他將其用於在鋰電池中創建創新的陰極。它是由二硫化鈦製成的，該二硫化鈦在分子水平上具有可以容納（嵌入）鋰離子的空間。電池的陽極部分由金屬鋰製成，金屬鋰具有強烈的釋放電子的動力。這產生了一個電池，實際上具有很大的潛力，剛好超過2伏。但是，金屬鋰具有反應性，電池爆炸性太大，無法使用。


John Goodenough預測，如果使用金屬氧化物而不是金屬硫化物製成陰極，則陰極將具有更大的潛力。經過系統的搜索，他在1980年證明了嵌入了鋰離子的氧化鈷可以產生多達4伏的電壓。這是一項重要的突破，將帶來更強大的電池。


吉野彰（Akira Yoshino）以Goodenough的陰極為基礎，於1985年創建了首個商業上可行的鋰離子電池。他沒有在陽極中使用反應性鋰，而是使用了石油焦炭，這種碳材料像陰極的氧化鈷一樣可以嵌入鋰離子中。 結果是重量輕，堅固耐用的電池，在其性能下降之前可以充電數百次。鋰離子電池的優點在於，它們不是基於分解電極的化學反應，而是基於鋰離子在陽極和陰極之間來回流動。


總之，自從1991年首次進入市場以來，鋰離子電池就徹底改變了我們的生活。諾獎官網表示，「它們奠定了無線、無化石燃料社會的基礎，極大地推動了人類的發展。」


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責編：張素玲 | 編輯：喬梁

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