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诺贝尔化学奖:他们创造了可充电的世界,彻底改变了我们的生活

 安喜的空间 2019-10-09
2019年的诺贝尔化学奖,表彰了锂离子电池的研发。这种轻巧的、可以充电的、强大的电池,如今应用于从移动电话到笔记本电脑、电动汽车的各种产品。同时,它还可以从太阳能和风能中储存相当的能量,这让无化石燃料的社会成为可能。
锂离子电池被广泛用于为便携式电子产品供电。有了这些电子产品,我们可以交流、工作、学习、听音乐和搜索知识。锂离子电池同样使得长距离的电动汽车得到发展,同时也帮助我们从可再生能源(例如太阳能和风能)当中储存能量。
20世纪70年代的石油危机,奠定了锂离子电池的基础。斯坦利·威廷汉(Stanley Whittingham)试图发展无化石燃料的技术。他开始寻找超导体,并且发现了一种非常富含能量的物质;利用这种物质,他在锂离子电池中开发出了一种创新的阴极。它由二硫化钛制成,从分子水平来说,它具有可能容纳、嵌入锂离子的空间。
电池的阳极部分由金属锂制成,这种金属具有强烈的释放电子的倾向。 用这种方法制成的电池字面意义地具有很大的“潜能”(译注:potential,也是电势的意思)——超过了2伏。 但是,金属锂非常活泼,这种电池很容易发生爆炸,无法投入使用。
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约翰·古迪纳夫(John Goodenough)预言,如果电池的阴极不使用金属硫化物,而是金属氧化物,那电池将产生更高的电势差。经过系统性的寻找,他在1980年证明了,嵌入了锂离子的氧化钴可以产生高达4伏的电压。这是一项重要的突破,它让更强大的电池成为可能。
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吉野彰(Akira Yoshino)以古迪纳夫的阴极材料为基础,于1985年发明了首个可商业化的锂离子电池。他没有在阳极中使用高反应性的锂,而是使用了石油焦炭,和阴极的氧化钴一样,这种碳材料也可以嵌入锂离子。
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结果我们获得了一种轻便耐用的电池,它在性能下降之前可以反复充电数百次。锂离子电池的优点在于:他们不是基于分解电极的化学反应来充放电的,而是基于锂离子在阳极和阴极之间的来回流动。
自从1991年锂离子电池首次进入市场以来,它就彻底改变了我们的生活,它们奠定了一个不使用化石燃料的、无线移动社会的基础,对人类来说这是最大的好处。
译者:麦冬菁,大琳砸,Antares。校对:窗敲雨

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