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锂离子电池 从概念到商业化

延伸阅读:

诺贝尔化学奖不“化学”,从历年诺贝尔化学奖得主名单中不难看出,诺贝尔化学奖“混搭”明显,与其他自然科学领域并没有明显的界线。不少人的获奖成就并非出自传统的化学研究,而是涉及生物学、物理学等多重学科,因此诺贝尔化学奖也被调侃为“理科综合奖”,还曾出现过“诺贝尔化学奖颁给物理学家、以奖励他们的成果有益于生物学家”之类的情况。据统计,其中有17次诺贝尔化学奖颁给了生物学方面的成就。比如2017年的诺贝尔化学奖颁给了在冷冻电子显微镜术领域做出巨大贡献的三位生物物理学家。2018年的诺贝尔化学奖颁给了在“进化控制”方面做出重要贡献的三位生物学家。因此诺贝尔化学奖曾被不少科学家戏谑称为“诺贝尔理科综合奖”。

诺贝尔奖的创立者瑞典人阿尔弗雷德·诺贝尔本人就是一名化学家,曾发明硝化甘油炸药。按照他的遗嘱,诺贝尔化学奖旨在颁给化学方面有重要发现和取得重大成果的人。

最接地气的一次化学奖

这三个获奖者在锂离子电池的开发中都起着至关重要的作用。20世纪70年代的石油危机期间导致能源问题日益突出,当时起便有一群科学家努力开发新能源。斯坦利·惠廷汉姆在开发第一款款功能性锂电池时,他利用锂的巨大动力来释放其外部电子,但这种电池在充放电的过程中容易起火爆炸。约翰·巴尼斯特·古迪纳夫经过反复实验计算,他发现钴酸锂是比原先使用的硫化钛更适合储存锂离子,他将锂电池的电势提高了一倍,为更强大、更有用的电池创造了合适的条件。吉野彰借助古迪纳夫的理论,成功地从电池中去除了纯锂,取而代之的是将其完全基于比纯锂更安全的锂离子。这使得电池可以投入到实际到生产应用中。1991年,古迪纳夫和吉野彰合作发明的锂离子电池被索尼公司成功推向了市场,标志着锂离子电池的大规模使用,它的商业化生产使得携带式电子设备(如移动电话、笔记型电脑)的重量和体积大大减小,使用时间大大延长。自此人们的生活进入了一个新的能源使用时代。有意思的是,两人也因此结下了深厚友谊,吉野彰每年都会去德州拜访古迪纳夫。吉野彰表示:“电池技术是复杂又困难的学科交叉领域,它的发展需要多方面的专家。在我看来,锂离子电池是集体智慧的成果。”

诺贝尔奖最高龄得主诞生

锂离子电池是第一块真正意义上的轻质电池,为便携式电子设备(如手机、平板电脑、起搏器)的产生铺平了道路,甚至电动汽车、航天业也离不开它。锂离子电池作为当今世界最主要的便携式能量源,自1991年首次进入市场以来,彻底改变了我们的生活。它们奠定了无线、无石化燃料社会的基础,可以说如果没有锂电池,就不会有如今我们所能享受到的一切便携式设备。今天,锂电池产业已经接近年产几十亿美元,为人类的日常活动提供动力。锂电池还曾和晶体管一起被视作电子工业中最伟大的发明,而晶体管的发明人巴丁已经荣获诺贝尔奖。尽管锂离子电池的诞生应用已有30年的历史,但即使到今天,也没有被更好的电池技术来取代它,锂离子电池技术无疑是对现代人类日常生活最有影响力的材料科学之一。

今年的诺贝尔化学奖被称为最接地气的一次,其研究成果是最接近我们日常生活的。锂电池给人类生活带来的便利就非常显而易见,你此刻正拿着的手机、桌上的笔记本电脑、心脏起搏器等等这些便携式电器,以及环保型交通工具代表—电动汽车,都离不开锂离子电池。

与诺贝尔设立的其他奖项一样,诺贝尔化学奖从1901年开始颁发,在没有评出化学方面重大成果的年份则空缺奖项。直至2017年,诺贝尔化学奖出现过8次空缺,共计颁发109次,其中63次获奖人数为1人,而获奖人数为2人和3人的次数都是23次。

【1】

诺贝尔化学奖获奖评委奥勒夫·拉穆斯特伦解读获奖原因?(劳健颖?摄)

诺贝尔化学奖不“化学”,从历年诺贝尔化学奖得主名单中不难看出,诺贝尔化学奖“混搭”明显,与其他自然科学领域并没有明显的界线。不少人的获奖成就并非出自传统的化学研究,而是涉及生物学、物理学等多重学科,因此诺贝尔化学奖也被调侃为“理科综合奖”,还曾出现过“诺贝尔化学奖颁给物理学家、以奖励他们的成果有益于生物学家”之类的情况。据统计,其中有17次诺贝尔化学奖颁给了生物学方面的成就。比如2017年的诺贝尔化学奖颁给了在冷冻电子显微镜术领域做出巨大贡献的三位生物物理学家。2018年的诺贝尔化学奖颁给了在“进化控制”方面做出重要贡献的三位生物学家。因此诺贝尔化学奖曾被不少科学家戏谑称为“诺贝尔理科综合奖”。

诺贝尔奖的创立者瑞典人阿尔弗雷德·诺贝尔本人就是一名化学家,曾发明硝化甘油炸药。按照他的遗嘱,诺贝尔化学奖旨在颁给化学方面有重要发现和取得重大成果的人。

斯坦利·惠廷厄姆1941年出生于英国诺丁汉。在1964-1968年间,他于牛津大学接受化学教育,并取得学士、硕士与博士学位。他最早提出锂离子电池的概念,并采用硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,制成世界上第一块锂离子电池。