为什么锂离子电池只是获得了诺贝尔化学奖?

John Goodenough Akira吉野,斯坦利·惠廷汉姆获得了2019年诺贝尔化学奖今天的锂离子电池的发展。锂离子电池是什么?他们如何工作?为什么他们如此重要?

他们为什么获得诺贝尔奖?

前言,吉野的先驱和惠廷汉姆是锂离子电池。正如诺贝尔委员会解释当颁奖仪式,他们开发的技术是我们的新的充电世界的基础。锂离子电池是轻量级和具有较高的能量密度,并且他们可以充电和重用几千倍。让他们的理想电源,使得大量的现代便携式电子设备包括心脏起搏器、笔记本电脑、手机和电动汽车。它们也可以用于大规模存储产生的能源可再生能源如风能和太阳能,有助于减少我们对化石燃料的依赖。

锂离子电池实际工作如何?

与所有电池,锂离子电池工作产生电流的电子从阳极到阴极流动。这意味着一个好的阳极材料是一个容易释放电子,所有的元素,锂是最好的业务。

在现代电池,阳极和阴极是由层状材料,可以存储(插入)锂离子在层之间的差距。在使用电池时,电子从阳极到阴极通过外部电路——当前需要发电电池连接到任何设备。同时,积极的锂离子通过电解液从阳极到阴极,再次存储的地方。当电池充电时,反向过程发生的电子和锂离子流动阳极。

这种方法的一个主要优势是,有效地运作,来回穿梭于锂离子电池在充电和放电周期不依赖反应会逐渐破坏电极——这意味着他们可以一次又一次的充电和充电。但是最早的锂电池必须克服一些技术和化学挑战最终给我们现在无处不在的锂离子电池。

新诺贝尔奖得主做了什么呢?

在1970年代早期,惠廷汉姆首先利用锂的潜力作为阳极材料,生产第一个锂电池工作。这些电池二硫化钛层阴极材料。然而,阳极的金属锂,这些都是容易短路,锂的卷须从阳极在使用过程中,最终到达阴极的灾难性的后果。这些失败可能导致火灾甚至爆炸。

惠廷汉姆的发展理念,致力于找到一个前言更好的阴极材料,将具有更高的潜力——产生一个更强大的电池。他还没有意识到电池在带电状态,之后反而会被起诉。这帮助他发现一个新的阴极材料,李_x首席运营官₂一倍的电池的电压,使其更适合实际应用。事实上,当电池最终被商业化,他们使用几乎完全相同的钴氧化物材料了前言。

但在这发生之前,金属阳极的问题仍然需要得到解决。1986年,吉野使用一个基于石油焦碳质材料的阳极。电池他开发高容量和非常稳定——这可能是充电和充电前数百次性能恶化。这是第一次创建一个锂离子电池,适合商业用途。

锂离子电池为什么这么重要呢?

这不仅仅是一些巧妙的化学,它的技术,很多人认为是减缓气候变化的关键,从我们的混合能源取代化石燃料。增加对这些电池中使用的材料的需求甚至的中心地缘政治风暴。

电动汽车行业的增长,巨大的投资是洪水在电池技术——公司想要更强大,更安全,轻量级的储能材料。这些电池的发展是至关重要的便携式电子设备的小型化,很少有人离开我们的家庭带着我们在一个口袋里,甚至可以彻底改变我们为我们的家庭提供电力的方式。

但是锂离子电池已经行之有年了,为什么现在他们赢了吗?

人被呼吁锂离子电池的开发人员多年来被授予了诺贝尔奖——前言定期的名字在诺贝尔奖的预测。他现在已经成为最古老的诺贝尔奖得主。考虑到技术的石油危机的根1970年代,人们已经等待很长时间。与锂离子电池被广泛使用和这样一个变革的技术,它肯定是一个受欢迎的选择。

我们能期待些什么呢?

电池工业面临的主要挑战包括能量输出、安全性和可持续性。

电池研究人员开始考虑更换与其他金属锂,钠电池可能导致一个更可持续的未来。但是到目前为止这些电池无法匹配性能锂离子的表亲。

另一个关键的挑战是寻找替代材料在电池的电极,使用钴价格大幅飙升近年来,由于使用的是电池。金属矿业也一直与童工,奴隶制和推动世界不稳定地区的冲突。然而,钴只存在于少数国家,与刚果民主共和国生产世界上三分之二的供应。

更换液体电解质是另一个接收大量的注意力从电池研究人员。这些电解质的核心争议涉及手机电池火灾和飞机的接地。可能的解决方案包括固体电解质,甚至结合化学灭火电池的外壳。

锂空气电池是另一种有前途的技术,理论传统的锂离子电池的能量输出几倍。