一张约翰·惠廷汉姆的照片

来源:©Jonathan Cohen/宾汉姆顿大学

斯坦利·惠廷汉姆在埃克森公司开发了最早的锂离子电池之一

2019年诺贝尔化学奖授予了三位科学家,他们的发现是锂离子电池。没有这项发现,手机和电动汽车都不可能成为现实。

三位电池先驱平分了这个奖项John Goodenough来自美国德克萨斯大学奥斯汀分校,斯坦利·惠廷汉姆来自美国宾汉姆顿大学彰吉野来自日本明治大学。97岁的古迪纳夫是最年长的诺贝尔化学奖得主,也是有史以来最年长的诺贝尔奖得主去年的物理学奖得主亚瑟·阿什金差了几个月。

“可充电锂离子电池是移动时代的隐形主力,这要归功于40多年前开始的基础研究。”来自英国剑桥大学的材料科学家Paul Coxon说。“这是一个很好的从实验室进行研究的例子;我们真的可以把结果握在手中。”

这一奖项早已到来,民意调查支持锂离子电池几个.2015年,Web of Science的引文分析也将古迪纳夫和惠廷汉姆列为可能的获奖者。

在社交媒体上,化学家们对诺贝尔委员会“最终”决定奖励这一改变世界的发现表示高兴。能源材料研究人员说:“在我看来,这个奖项姗姗来迟,很高兴看到材料化学这一重要领域得到认可。赛弗伊斯兰教来自英国巴斯大学。

但在20世纪90年代初进入市场的第一批商用锂离子电池,花了几十年时间才开发出来。

约翰·古迪纳夫的照片

来源:©德克萨斯大学奥斯汀分校

John Goodenough解决了困扰第一批锂离子电池的一些问题

惠廷汉姆在20世纪70年代开始研究能源储存,当时世界上大部分地区都面临石油短缺。当时唯一可用的充电电池是铅酸电池和镍镉电池。两者都很重,含有有毒金属。镍镉电池也有记忆效应在这种情况下,电池在部分放电后频繁充电会失去容量。

惠廷汉姆通过寻找与锂配对的正极材料,开始了他对提高能量存储的探索。锂是元素周期表中最轻的金属,它容易放电,这使得科学家们渴望将其用于电池。惠廷汉姆和他的团队发现,二硫化钛具有合适的结构,可以容纳来自阳极的锂离子,同样重要的是,它可以再次释放它们。1976年,惠廷汉姆演示了第一个可充电的2.5V锂离子电池。

然而,锂金属阳极容易形成枝晶。这些从电极上长出来的尖刺可能会使电池短路,引发难以扑灭的火灾。锂金属电池从来没有发展起来。

与此同时,古迪纳夫正在研究一种不同的阴极材料,以制造更强大的电池。1980年,他的团队发现二氧化钴阴极可以将锂金属电池的输出功率提高一倍,达到5V。

“我清楚地记得约翰在牛津大学做钴酸锂阴极的开创性工作。理查德心血来潮来自英国伦敦大学学院。“我们都对这种典型的富有想象力和创造性的固态化学印象深刻;但我们谁也没有意识到这一发现会改变我们的生活和工作方式,从而产生全球影响。”

吉野彰的照片

来源:©欧洲专利局

吉野彰(Akira Yoshino)的研究创造了更安全的锂离子电池,并真正让这项技术走上了商业化的道路

1985年,吉野的团队向商用电池迈出了重要的最后一步。他的团队发现了一种类似石墨的材料,可以容纳锂离子,取代易燃的锂金属阳极。在碳酸丙烯酯中含有高氯酸锂的电解质使该设备更加完美,因为它可以承受损坏而不会爆炸。

6年后,第一批商用锂离子电池上市。他们的4V设计与吉野的最初设计几乎没有变化,除了电解液,现在含有六氟磷酸锂。

“我参与了30多年的研究,在基础层面上帮助推进了我们如何储存和使用能源,我希望这一认可将有助于为国家的能源未来带来急需的光明。”惠廷汉姆。

作为一种为无化石燃料世界提供动力的方式,电池技术仍然是一个活跃的研究领域。“这并不是旅程的终点,因为锂是一种有限的资源,世界各地的许多科学家都在这三位杰出化学家所奠定的基础上进行研究。”英国皇家万博代理化学学会主席卡罗尔·罗宾逊说。