约翰·班尼斯特·古迪纳夫（John B.Goodenough） ， 迈克尔·斯坦利·惠廷汉姆（M.Stanley Whittingham）和吉野彰（Akira Yoshino）被授予2019年诺贝尔化学奖 ， 以表彰他们对锂离子电池研发的贡献 。 这种可充电电池奠定了手机和笔记本电脑等无线电子产品的基础 。 它还使无化石燃料的世界成为可能 ， 因为它被用于从电动汽车到可再生能源储存的几乎所有领域 。
元素周期表
化学元素很少会在诺贝尔奖的评定中发挥核心作用 ， 但 2019 年诺贝尔化学奖却有一个明确的主角——锂——一种古老的元素 ， 是在宇宙大爆炸后的一分钟内产生的 。 直到1817年 ， 瑞典化学家约翰·奥古斯特·阿夫维森（Johan August Arfwedson）和琼斯·雅各布·贝泽留斯（J?ns Jacob Berzelius）从斯德哥尔摩群岛的于特岛(Ut?)上的矿物样品中提纯了锂 ， 人们才认识它 。
贝泽留斯用希腊语中的“石头”一词——“ lithos”——来命名这种新元素 。 从名字上看 ， 锂的密度似乎很大 ， 但实际上它却是世界上最轻的固态元素 ， 这就是为什么我们几乎很难注意到随身携带的手机 。
锂是金属 。 它的最外层只有一个电子 ， 这使得锂具有很强的给电子能力 。 锂失电子时 ， 会形成带正电且更稳定的锂离子 。
准确地说 ， 两位瑞典化学家得到的并不是纯的金属锂 ， 只是以盐形式存在的锂离子 。 金属锂引发了许多火灾 ， 尤其是在我们将要讲述的故事中；锂是一种不稳定的元素 ， 必须存放在矿物油中 ， 以免与空气反应 。
锂很活泼 ， 这是它的缺点 ， 同时也是它的优点 。 1970 年代初期 ， 斯坦利·惠廷汉姆利用锂外层电子脱出时释放的巨大能量研制出了首个实用的锂电池 。 1980 年 ， 约翰·古迪纳夫将电池的电压提高了一倍 ， 从而为生产更高能量密度的电池创造了条件 。 1985 年 ， 吉野彰成功地用更安全的锂离子取代了电池中的金属锂 ， 这使得电池的应用变得切实可行 。 锂离子电池给人类带来了非常大的益处 ， 因为它推动了笔记本电脑、移动电话、电动汽车的发展以及太阳能、风能存储各个领域的发展 。
现在 ， 我们将时光倒退五十年 ， 回眸锂离子电池跌宕起伏的发展史 。
雾霾重振电池研究
在 20 世纪中叶 ， 世界上燃油车数量剧增 ， 排放的尾气加剧了城市的空气污染 。 加上人们日益认识到石油是一种不可再生资源 ， 这给汽车制造商和石油公司敲响了警钟 。 为了生存 ， 它们需要投资电动汽车和新能源 。
用于汽车的电池
电动汽车和新能源都需要能够存储大量能量的电池 。 当时 ， 市场上实际上只有两种类型的可充电电池：1859年发明的铅酸电池（至今仍用作燃油车的启动电池）和镍镉电池（它是在20世纪上半叶发明的）
石油公司投资新技术
石油耗尽的威胁导致石油巨头埃克森（Exxon）决定多元化经营 。 在一项投资巨大的基础研究中 ， 他们招募了当时能源领域中最重要的一些研究人员 ， 让他们可以自由地做自己想做的事 ， 只要不涉及石油即可 。
插层反应
斯坦利·惠廷汉姆是1972年入职埃克森公司的人之一 。 他来自斯坦福大学 ， 他的研究内容包括可利用原子尺度空隙存储离子的固体材料 。 这种存储离子的现象称为插层反应 。 当离子嵌入时 ， 材料的特性会发生变化 。 在埃克森 ， 斯坦利·惠廷汉姆和他的同事开始研究超导材料 ， 其中包括可以嵌入离子的二硫化钽 。 他们向二硫化钽中掺杂了离子 ， 并研究掺杂的离子是如何影响二硫化钽电导率的 。
推荐阅读
- 中科院研制“可智能协同抗癌”的新型纳米材料
- 树栖鸦烘托出了什么气氛 树栖鸦衬托出了什么
- “制冷”超级计算机，他们竟然用温水
- 海上日出描写了哪两种日出奇观 海上日出写出了哪两种情况
- 当科学家上网时，他们在搜什么
- 美国重夺超算“头把交椅” 专家建议中国E级超算研制应加快
- 溪边写出了溪水什么特点 溪边描写了小溪什么的特点
- 九月九日忆山东兄弟写出了什么样的节日情景 九月九日忆山东兄弟写出了什么节日情景
- 稚子弄冰全诗突出了一个什么字表现了儿童什么的样子 稚子弄冰赏析
- 在海国图志中魏源提出了什么思想 海国图志中魏源提出的思想有