锂电池先驱3学者夺化学奖

2019-10-10 10:42:34文匯網
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现代人生活离不开手机、平板电脑及相机等电子器材,但如果没有了背后为这些设备发电的锂离子电池,世界可能会不一样。瑞典皇家科学院昨日公布,3名分别来自美国和日本的科学家,凭研发锂离子电池,共同夺得本年度诺贝尔化学奖,评委赞扬锂离子电池轻盈及可多次充电,为可再生能源打开大门。
 
3名得奖科学家分别是英国出生的美国纽约州立大学宾汉顿分校教授惠廷厄姆、德国出生的美国得州大学奥斯汀分校教授古迪纳夫,以及日本名城大学教授吉野彰,他们将平分900万瑞典克朗(约713万港元)奖金。
 
1970年代全球爆发石油危机,激发能源业界积极研究新能源,其中埃克森雇用大批科学家,期望开发无需运用石油的能源。作为受雇科学家之一的惠廷厄姆,研发导电能力极强的超导体,其中一项是可嵌入离子的硫化钽。
 
早期实验易短路爆炸
 
惠廷厄姆研究期间发现,硫化钽与钾离子互动时,可产生多达2V(伏特)电力,较当时的电池强得多。惠廷厄姆随即想到运用硫化物储存电力,不久后制成首枚实验式锂离子电池,以比硫化钽轻的硫化钛作为阴极材料,阳极则是锂金属,两者之间则是电解液。由于锂金属有释放电子的倾向,成为锂离子,锂离子此后便会从阳极,移向并嵌入阴极。当电池充电时,锂离子则会从阴极,重新移向阳极,使电池得以重用。
 
不过,锂属于非常活泼的金属,即使置于常温常态,也会跟空气产生化学反应,锂离子电池多次充电后则会产生晶须,当晶须触及阴极,便会使电池短路爆炸,实验室因此多次发生火警。惠廷厄姆后来在电池加入一块铝屏障,才解决短路问题。
 
日学者开启商业应用
 
古迪纳夫其后发现可用氧化物取代硫化物,作为电池阴极,1980年研发出改良版锂离子电池,以氧化钴作阴极,成功把电池产生的电量由2V倍增至约4V。
 
1980年代油价回落,欧美能源企业对锂离子电池的兴趣逐渐下降,研究锂离子电池的重心逐渐移至日本。吉野彰基于惠廷厄姆和古迪纳夫的研究基础,试用较稳定的石油焦作为阳极材料,阴极则继续由氧化钴制成,并事先把石油焦充电,以注入锂离子,1985年成功造出新一代锂离子电池。
 
吉野彰研发的锂离子电池没有纯锂金属,大大减低爆炸风险,1991年终于投入商业生产。1995年微软推出Windows 95作业系统,带动手提电脑风行,锂离子电池技术正式在电子业广泛应用,影响及至今日。
责任编辑:吴洋洋

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