科學網—2019年諾貝爾化學獎得主貢獻是什麼

2020-12-03 科學網

 

■劉進平

北京時間10月9日下午，2019年諾貝爾化學獎揭曉。美國德克薩斯大學奧斯汀分校機械工程和材料科學教授約翰·B·古迪納夫、美國紐約州立大學賓厄姆頓大學特聘教授M·斯坦利·威廷漢和名古屋名城大學教授吉野彰分享了這一獎項，以表彰其在鋰離子電池發展方面作出的貢獻。

20世紀70年代，M·斯坦利·威廷漢在埃克森美孚公司的電池技術實驗室工作，他創造了最有可能為手機、平板電腦或筆記本電腦設備供電的鋰離子電池新技術。

當M·斯坦利·威廷漢最初提出他的版本時，可充電電池已經存在了幾十年。但是，可充電電池是笨重的鉛酸電池，這種電池至今仍用在許多汽車中。

早期的研究表明，高活性金屬鋰可以用來儲存能量，但M·斯坦利·威廷漢是知道如何使它在室溫下儲電而沒有爆炸危險的第一人。他原創性的設計為現代鋰離子電池提供了基礎。

約翰·B·古迪納夫通過使用金屬氧化物和更高的4伏特材料改進了M·斯坦利·威廷漢的發明，而索尼的研究人員為電池開發了一種新的安全陽極設計。所有這些改進帶來的性能足以保證鋰離子電池能大規模商用。

M·斯坦利·威廷漢和約翰·B·古迪納夫是電化學領域中被引用最多的研究者之一。他們曾是2015年路透引文桂冠獎鋰離子電池基礎工作的獲獎者。

吉野彰出生於1948年，在日本第二大城市大阪長大。從京都大學畢業後，他在朝日化學工業公司找到了一份工作，並開始研究一種叫做聚乙炔的材料。聚乙炔是一種有機物質，但具有導電能力。

當時，許多人正在努力開發一種更好的電池，以滿足人們對行動裝置日益增長的需求；當時所用的電池往往只能使用一次。許多科學家正在試驗鋰（最易氧化的元素）作為陽極材料。問題是該系統高度易燃，在多次充放電過程中容易短路。

吉野彰用聚乙炔作為陽極，但找不到合適的材料與陰極配對。1983年，他偶然發現了一篇關於鋰鈷氧化物新陰極的報告。吉野彰最終將其與另一種碳基材料作為陽極配對，形成一種組合。但可充電電池是一個複雜的系統，為了大規模商用，特別是要承受多次重複充電，它必須是安全的，同時要具有高性能。因此，吉野彰完善了一個超薄的以聚乙烯為基礎的多孔膜系統，分隔陽極和陰極。這為電池提供了一個至關重要的安全特性：鋰離子在膜孔之間移動，但當電池過熱時，膜會熔化，關閉孔洞，從而停止電池的功能，並防止爆炸性事件的發生。此外，吉野彰還開發了一種鋁箔作為收集器從陰極中獲取電能。這大大提高了電池的性能，還使電池具有高電壓和高存儲容量。

總之，目前的數位化革命、IT革命、移動革命如果沒有一個體積小、重量輕、容量高、壽命長的可充電電源，幾乎是不可能實現的。正是他們的科學貢獻，才讓我們享受到新技術革命給工作和生活帶來的便利。

http://blog.sciencenet.cn/u/Bobby

《中國科學報》 (2019-10-14 第8版 博客)

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