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上海科協大講壇2019年諾獎解讀活動第三場 神奇的能量開啟可充電的世界
2019-12-16 19:36:35 來源: 新華網
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        新華網北京12月16日電(蘆俊文)日前,由上海市科學技術協會主辦,上海市科普作家協會、新華網“科普中國-科技前沿大師談”、上海市科學技術協會“上海科協大講壇”承辦的“解讀2019年諾貝爾化學獎”在滬舉辦。華東師范大學教授姜雪峰主持活動。

        2019年諾貝爾化學獎授予來自美國的科學家約翰·古迪納夫、斯坦利·惠廷厄姆和日本科學家吉野彰,以表彰他們在鋰離子電池研發領域作出的貢獻。“三位科學家以接力的形式把充電鋰電池的瓶頸問題逐一解決:不但有科學上的重大貢獻,建立起了鋰離子電池的高能穩定模型,更推動了産業的實際應用。”姜雪峰介紹,惠廷厄姆發現了一種能量非常豐富的材料——二硫化鈦,制成了新的鋰電池陰極;古迪納夫預測,如果使用金屬氧化物而不是金屬硫化物制成陰極電池會具有更大的潛力。他在1980年證明了這個預測,嵌入了鋰離子的氧化鈷可以産生4伏的電壓;在古迪納夫研制出的陰極基礎上,吉野彰使用了穩定的焦炭的陽極,于1985年開發出首個接近商用的鋰離子電池。

        華中科技大學教授、同濟大學兼職教授黃雲輝做了《神奇的能量,不老的傳奇》的主題演講,深入淺出地介紹了鋰離子電池的前世今生。他介紹,電池可以分為一次電池和二次電池,一次電池指的是不能充電的電池,如鋅錳幹電池、鈕扣電池、鋰原電池等;二次電池是可充電的電池,如鉛酸電池、鎳氫電池等。上世紀70年代由于石油危機,人們期待電壓更高、能量密度更大的可充電電池,本次獲獎的3位科學家很好地解決了二次鋰電池關鍵材料和儲能機理等問題,構築了鋰離子電池的雛形,促進了鋰離子電池商業化規模應用,開創了一個新的可充電的世界。

        如今,鋰離子電池在手機、筆記本電腦、新能源汽車、太陽能和風能等新能源的規模儲能領域已有廣泛應用,智能手機使用的鋰離子電池其正極材料主要為鈷酸鋰。“古迪納夫在鋰離子電池正極材料方面的發明具有重大而深遠的意義。”黃雲輝介紹,鈷酸鋰中的鈷和氧原子結合得很緊密,它們在晶體學上形成了一種層狀結構,使得鋰離子可以在鈷酸鋰晶體中快速移動,可以同時作為鋰離子的供體和受體,實現鋰離子可逆嵌入和脫出,以它為正極,可以獲得高達4伏的電壓,從而提升電池儲存的電量。不僅如此,古迪納夫還發現了另外兩種重要的正極材料錳酸鋰和磷酸鐵鋰,為鋰離子電池的發展做出了巨大貢獻。

        本次獲獎的三位科學家均已70歲以上。其中,古迪納夫已97歲,打破了諾貝爾獎獲得者的最大年齡紀錄。“他一直沒有退休,每天堅持上班,工作在第一線,近幾年潛心致力于安全性能更好的固態鋰電池的研究,爭取再為人類社會做一些貢獻。”黃雲輝説,古迪納夫喜歡思考,他經常利用自己在物質結構方面的深厚知識積累去預見一些新的材料,總有一些新的想法,並不斷地通過實驗去驗證。最後,黃雲輝鼓勵科研人員應以古迪納夫老當益壯、追求科學的精神為榜樣,淡泊名利、潛心研究。

        上海交通大學化學化工學院研究員王久林介紹,這次諾獎實至名歸。鋰離子電池從上世紀90年代初成功商業化至今,已經深入到大眾的手機、筆記本電腦,並逐步應用于電動車和規模儲能。未來還將有更加安全的固態電池和能量密度更高的新體係比如鋰硫電池等出現。在智能終端和可穿戴設備方面,高性能二次電池也將發揮著重要的作用。

        據了解,“上海科協大講壇暨科技前沿大師談 解讀2019年科學類諾貝爾獎係列講壇”係列活動旨在向社會公眾權威解讀2019年諾貝爾物理學獎、化學獎、生理學或醫學獎的獲獎科研成果。

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【糾錯】 責任編輯: 蘆俊文
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