張夢然
2019年,諾貝爾化學獎頒發(fā)給了研發(fā)鋰離子電池的科學家。
好事多磨,眾望所歸。
三位科學家,他們“馴服”了鋰離子,為所有人創(chuàng)造了一個可重復充電“超長待機”的世界。
人人都愛鋰離子電池
現在,于全球范圍內,你都能看到鋰離子電池正在為人類的日?;顒犹峁﹦恿ΑF渲凶畛R姷姆绞骄褪菫楸銛y式電子設備供電。
我們離不開它。因為每天你都要使用這些便攜式電子設備進行通訊、工作、學習、聽音樂以及搜索知識。同時,鋰電池還促進了遠程電動汽車的開發(fā),以及對可再生能源(例如太陽能和風能)的能量存儲。
追溯起來,鋰離子電池的基礎,其實是在1970年代的石油危機期間奠定的。今年的獲獎者之一斯坦利·惠廷厄姆,致力于開發(fā)可能帶來無化石燃料能源技術的方法。他通過研究超導體發(fā)現了一種能量非常豐富的材料,將其用于在鋰電池中創(chuàng)建新的陰極——它由二硫化鈦制成的,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,則由金屬鋰制成,這種金屬具有強烈的釋放電子的動力。
雖然一個電池就此產生了。但是金屬鋰相當活潑,容易發(fā)生化學反應,導致電池具有爆炸性,還無法使用。
正負極材料的艱難選擇
被譽為“鋰電池之父”的約翰·古迪納夫曾作出了一項預測,他認為如果使用金屬氧化物而不是金屬硫化物制成陰極,則陰極將具有更大的潛力。經過仔細地搜索與研究,他在1980年證明了嵌入了鋰離子的氧化鈷,可以產生高達4伏的電壓。這是一項重要的成果。
突破出現在1985年,在古迪納夫對電池陰極研究的基礎上,今年獲獎者之一吉野彰終于成功創(chuàng)建了首個商業(yè)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,這種碳材料可以像陰極的氧化鈷一樣,讓鋰離子嵌入。
徹底改變了你我的生活
自從1991年日本索尼公司將鋰離子電池首次投入市場,這種電池就徹底改變了我們的生活。一方面原因,它是當今社會最主要的便攜式能量源;另一方面,它們奠定了無化石燃料社會的基礎——而這一點,對人類的現在和將來意義巨大。
其實,正是鋰電池的出現拓寬了晶體管的應用范圍??缮虡I(yè)化生產的鋰電池走到人們身邊,告訴人們無需再依賴需要晶體管的笨重電子沒備。于是,智能手機、筆記本電腦、平板電腦迅速擠占了市場。是電池技術的突破,為便攜電子設備行業(yè)帶來了極大的變革。
現在的鋰電池產業(yè)年產已經接近幾十億美元。這個世界仍在需要鋰離子電池,這個世界更需要一個綠色的未來。