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科普:創造可充電的綠色新世界——解讀2019年諾貝爾化學獎成果
2019-10-09 23:05:09 來源: 新華網
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  新華社斯德哥爾摩10月9日電 科普:創造可充電的綠色新世界——解讀2019年諾貝爾化學獎成果

  從智能手機、筆記本電腦等消費電子産品,到電動車和風能、太陽能等大型儲能裝置,如今鋰離子電池已成為我們生活中不可或缺的“能量源”。

  小電池大作用,這個推動人類社會前進的發明終于獲得諾貝爾獎的認可。瑞典皇家科學院9日宣布,將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。

  本屆諾貝爾化學獎花落鋰離子電池可謂眾望所歸。早在20世紀70、80年代,三位獲獎研究者就確立了現代鋰離子電池的基本框架,20世紀90年代起,鋰離子電池開始大規模進入市場,如今已幾乎無處不在。

  鋰離子電池主要由陰極、陽極、電解液、隔膜、外電路等部分組成,依靠鋰離子在陰陽極之間的移動産生電流。電池陰陽極材料的選擇對于能效和安全性至關重要。目前最普遍的可充電鋰離子電池,使用鈷酸鋰材料為陰極,碳材料為陽極,具有能量密度高、循環壽命長、安全可靠等優點。

  20世紀70年代的石油危機催生了對新能源儲能的需求,也推動了電池研發,為未來鋰離子電池打下基礎。當時正致力于超導體研發的惠廷厄姆創新地使用二硫化鈦作為陰極材料存儲鋰離子,以金屬鋰作為部分陽極材料,制成了首個新型電池。但由于金屬鋰化學特性過于活潑,這種電池具有易爆炸的潛在危險。

  這時,正如其名的意譯“足夠好”(Goodenough)一樣,古迪納夫貢獻了“足夠好”的新靈感。這位創造了諾獎獲得者高齡新紀錄的老人曾作為航空氣象兵參加二戰,戰後又赴美國芝加哥大學深造獲物理學博士學位。他在1980年發現,用鈷酸鋰作為陰極材料,比之前的二硫化鈦更適合存儲鋰離子。目前,97歲的古迪納夫仍在致力于電池研發。

  在遠隔重洋的日本,吉野彰研發的陽極材料和古迪納夫的陰極材料形成“天作之合”。吉野彰發現,石油焦炭可作為更好的陽極,但因找不到合適的陰極材料而苦惱。直到他讀到古迪納夫的論文,才興奮地説“他的發現給了我所需要的一切”。至此,以鈷酸鋰為陰極,以碳材料為陽極的鋰離子電池誕生了。

  1991年,兩人合作發明的鋰離子電池正式上市銷售,它輕巧耐用、安全可靠,在性能下降前可充放電數百次。

  當獲獎後接受採訪回答研究初衷時,吉野彰説自己完全是“好奇心驅使”,研究是一個漫長的過程,“我只不過是嗅出了潮流發展的方向,你可以説我的嗅覺很好”。

  諾貝爾委員會成員奧洛夫·拉姆斯特倫評價獲獎成果時説:“這一神奇電池所帶來的巨大的、驚人的社會影響有目共睹。”諾貝爾委員會還説,獲獎研究有助于我們從由化石燃料驅動的生活方式轉向由電能驅動的生活方式,對于應對氣候變化也至關重要。

  值得一提的是,本次諾貝爾化學獎頒給鋰離子電池研究,再度印證了諾貝爾獎對跨學科研究的日益重視。諾貝爾委員會在頒獎現場接受新華社記者提問時説,未來可能更多的新發現來自于多學科的研究合作,我們看到了化學和生物、物理相結合,可能還會有科學與工程、設計的結合。

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【糾錯】 責任編輯: 張欣然
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