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“锂”:电化学储能的王者的发展史

 一点进步 2020-03-19

 从被发现那天起,就显得与众不同,元素周期表中的第一个金属元素锂,它是世界上最轻的金属,以及它最低的化化学势(-3.04V),所以锂广泛应用于储能行业,锂电池作为电化学储能的主要增长点,占据化学储能规模75%。从长远来看,储能领域将是锂电池重要的应用市场之一。

“锂”:电化学储能的王者的发展史

锂的发现史

据英国皇家化学学会(RSC)称,巴西博物学家兼政治家若泽·博尼法西奥·德·安德拉尔达·席尔瓦(JozéBonifáciode Andralda e Silva)在1790年代在瑞典岛Utö上发现了透锂长石(LiAlSi₄O₁₀)。矿物由发现时白色变成灰色,但是当投入火中时,它会发出明亮的深红色。

“锂”:电化学储能的王者的发展史

1817年,瑞典化学家约翰·奥古斯特·阿夫维德森(Johan August Arfwedson)发现,当时25岁的阿尔费德森在瑞典著名的化学家贝齐里乌斯(Berzelius J.J. 1779—1848)的实验室工作,他在分析从攸桃岛采集的透锂长石(LiAlSi₄O₁₀)时,发现矿石的组成成分总重量为97%,缺少3%,这使他考虑到在这种矿石中含有某种未知的新元素而没能被分析出来。在进一步分析研究后,他发觉这种矿石所形成的硫酸盐的性质与钾和钠的硫酸盐不同,他利用新金属硫酸盐与钾和钠的硫酸盐在水中的溶解度不同,首先分离出这种新金属的硫酸盐。锂是自然界里被发现的第三个碱金属元素,因为锂是从矿石中被发现的,它不同于钾和钠是从植物体中发现的,希腊文称石头为Lithos,所以贝齐里乌斯把这种新金属称为Lithium,化学符号Li,中译名为锂。直到1855年,才有人隔离了锂:英国化学家奥古斯都·马蒂森(Augustus Matthiessen)和德国化学家罗伯特·本森(Robert Bunsen)在氯化锂中通过电解,以分离出这种锂元素。

“锂”:电化学储能的王者的发展史

透锂长石(LiAlSi₄O₁₀)

锂应用于储能史

1913年, Gilbert等人对锂进行研究,结果表明锂最低的化化学势(-3.04V),所以锂具备电池高能量密度的潜力。

...............(53年后,其他人研究忽略)直接来说提去年诺贝尔化学奖获奖者

“锂”:电化学储能的王者的发展史

M. Stanley Whittingham (惠廷翰)

1970 年代初期,惠廷翰利用锂释放最外部那个电子的极大驱动力,开发出了第一个可运作的锂电池。

John B. Goodenough (古迪纳夫)

1980 年,古迪纳夫将电池的电动势提高了一倍,创造出能获得更强大而有用的电池之正确条件。Goodenough和SONY公司合作开发出了基于碳材料负极和锂钴氧LiCoO2材料正极的可充电离子电池,也就是目前广泛采用的锂离子电池技术。

Akira Yoshino(吉野彰)

1985 年,吉野彰成功去除了这类电池中的锂,而改成完全基于锂离子的电池,使其安全性比使用纯锂更高了许多,因此让这种电池真正具有实用性。

“锂”:电化学储能的王者的发展史

· 1991 年,一家主要的日本大型电子公司开始销售首款锂离子电池,引发了一场电子革命。手机缩小,电脑变得可携带,并开发出了MP3 播放器与平板电脑。

“锂”:电化学储能的王者的发展史

1997年Goodenough开发了低成本的磷酸铁锂LiXFePO4正极材料,加快了锂离子电池的商业化。磷酸铁取代了氧化钴,使得这类电池对环境更为友善。

“锂”:电化学储能的王者的发展史

锂离子电池是为笔记本电脑,电话和其他数字设备提供轻巧可充电电源的关键。根据美国地质调查局,阿根廷和智利 仅在2014年就将锂产量分别提高了15%,以满足不断增长的需求。在全球范围内,该年的产量增长了6%。

2015年,全球可充电电池类产品所占锂消费量比重首次超过玻璃陶瓷类产品,达到约37%,成为锂下游最主要的应用领域;在中国,电池领域锂消费占比更高,2015年达到约70%。

与其它所有事物一样,锂离子电池的生产也会对环境产生影响,但也有巨大的环境效益。这种电池推动了干净能源技术和电动车的发展,从而有助于减少温室气体和微粒的排放。

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