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沒有他們仨你的手機出不了門 鋰電池發明人獲諾獎

http://dailynews.sina.com   2019年10月09日 05:57   

  原標題:沒有他們仨,你的手機出不了門!鋰電池發明人獲諾獎,97歲“足夠好”爺爺成最高齡獲獎人

  來源:每日經濟新聞

  如果要評選改變當今世界的發明之一,鋰離子電子絕對佔有一席之地。

  據諾貝爾獎官網消息,北京時間9日晚,瑞典皇家科學院將2019年諾貝爾化學獎授予John B。 Goodenough(約翰·B·古迪納夫)、M。 Stanley Whittingham(M·斯坦利·威廷漢)和Akira Yoshino(吉野彰)。三人將均分900萬克朗獎金。三位科學家發明了輕便的可攜帶電池,讓人們可以在車和手機中使用,開啓了電子設備便攜化進程。

圖片來源:諾貝爾獎官方推特圖片來源:諾貝爾獎官方推特

  鋰離子電池有多重要?小到你現在用來看這篇新聞的手機,大到電腦、相機、無人機,甚至電動汽車,它們的背後都靠鋰離子電池在支撐。特斯拉創始人馬斯克曾表示,“對特斯拉來說,電池未來可能是比電動車更大的生意。”

  遲來的榮耀

  2019年諾貝爾化學獎獲得者、97歲的約翰·B·古迪納夫是美國得州大學奧斯汀分校機械工程系教授、著名固體物理學家,是鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰正極材料的發明人,鋰離子電池的奠基人之一,通過研究化學、結構以及固體電子/離子性質之間的關係來設計新材料解決材料科學問題,被業界稱爲“鋰電池之父”。

  由於英文名爲“Goodenough”,古迪納夫在微博上被網友稱爲“足夠好”先生。

  英國《衛報》稱,古迪納夫是至今爲止獲得諾貝爾獎的最年長獲獎者。

圖片來源:得州大學奧斯汀分校官網圖片來源:得州大學奧斯汀分校官網

  M·斯坦利·威廷漢是一位化學教授,也是紐約州立大學賓漢姆頓大學材料研究所和材料科學與工程專業的主任。1970年代,在埃克森美孚電池技術試驗室工作的威廷漢首先發現了功能性鋰電池。

  1980年,古迪納夫採用金屬氧化物和更高的4V材料對威廷漢的發明進行了改進,另外索尼的研究人員開發了新型安全的陽極電池設計,所有這些改進使性能大幅提高,爲批量生產鋪平道路。1984年,埃克森美孚在日本的關聯公司東燃化學發明了聚乙烯生產的微孔自動關閉鋰離子電池隔膜。這些發明幫助索尼1991年在日本推出了首個消費型手機鋰離子電池。

  吉野彰是一位日本化學家,現任旭化成研究員、名古屋明城大學教授。吉野是現代鋰離子電池的發明者,實現了把純粹的鋰從電池中剝離出來,在鋰離子的基礎上開發了新的鋰電池,將電池變得更加安全、更適合日常生活中的各種應用。

  與衆多日本科技學者的經歷有些類似,吉野彰只服務過一家公司——旭化成。1970年3月,吉野彰從京都大學工學部石油化學專業畢業,隨後的2年繼續攻讀了同校的工學研究專業並順利在1972年4月入職旭化成株式會社。

  1980年,旭化成成立了宮崎電子株式會社(現在的旭化成電子株式會社),從而正式切入電子元件產業,這對於入行8年的吉野彰來說也是人生的一大際遇,吉野彰2017年曾接受第一財經採訪,他表示, “現在的鋰電池形狀是在這個5年之後即1985年發明的,隨後進行了各種各樣的產品技術開發。”

吉野彰的電池 圖片來源:諾貝爾獎官網吉野彰的電池 圖片來源:諾貝爾獎官網

  他說,自己感觸最深的也是那一年,當時攝像機對鋰電池的需求被突然放大,全世界每個月能賣到100萬臺左右,“難以想象的是,如今攝像機用電池市場也只能佔鋰電池所有需求的1%,這也說明在30多年的時間中這一技術發展的速度高達100倍。從智能手機、電腦再到電動汽車,由於鋰電池的產生,這些科技產業也有機會獲得驚人的成長。”

  1991年,在日本電信公司NTT的技術支持下,索尼和旭化成商業化了第一款鈷酸鋰電池,自此開啓了鋰電池的大時代。因爲索尼的合作項目,吉野彰和古迪納夫結下深厚友誼。據稱吉野彰每年都會去德州拜訪古迪納夫。

  古迪納夫也不畏高齡,仍然在繼續從事能源方面的研究。古迪納夫希望能研發出高能量密度、高安全性的固態電池,從而解決人類潛在的能源危機。他在前幾年接受採訪時還表示:“我想在去世前解決這個問題,我才九十多歲,還有時間。”

  改變世界的鋰電池

  小型、商用化的鋰電池,是索尼在1991年首先推出的。這種小型鋰電池被普遍用於筆記本電腦、數碼相機以及智能手機等數碼產品。

  人們對鋰電池的認識,更多是功能手機時代那個可以拿出來充電的小長方形電池。進入智能手機時代,鋰電池被鑲嵌在手機裏面,鋰電池開始變得神祕起來。

  從構造上看,鋰電池由電芯和外面的電池保護系統組成。電芯被稱爲鋰電池“心臟”,含有正負極材料、電解液、隔膜層以及外殼,外面是電池的保護系統。電芯的負極材料是石墨,正極材料爲錳酸鋰、鈷酸鋰等鋰分子的材料,正極決定電池的能量。

  隔膜層把正負極材料完全區隔開來,一旦正負極直接接觸,就會發生電池短路,乃至電池起火爆炸。

  通俗一點的說,隔膜層像一張紙,不斷摺疊在小小的電池盒裏,隔膜層裏充滿了正負極材料和電解液。充電時,外來的電場把正極材料裏面鋰分子激活趕到負極存儲在石墨碳結構的空隙裏,驅趕的鋰分子越多存儲的能量就越大;放電時,把負極裏面的鋰離子趕到正極,鋰離子又變成了原有正極材料裏的鋰分子。如此循環往復,充電放電。

  在當時,旭化成公司開發的鋰電池並不好賣,一段時間內幾乎無人問津,突然有一天銷路被打開了,那是1995年微軟發佈了Windows95。也就是在那之後,鋰電池引領了全球的搶購風潮。而吉野彰及一批科學家的新成果,也獲得了來自世界各地學會和專家們的共鳴。

  2017年,吉野彰表示,“就鋰電池本身而言,現在主要應用在兩大領域:一是移動式產品,如手機、電腦,佔鋰電池使用量的2/3左右;第二大領域便是車載電池。世界變化的速度實在太快了,根據我們2010年掌握的數據統計,當時車載用鋰電池幾乎是零,現在則要達到30%多,以後這一比例可能還會不斷增加。電動汽車的出現,等於給鋰電池打開了一個新的應用方向,是全新的商業機遇。”

  中國鋰電池軍團近年來的突圍讓吉野彰印象深刻。“比亞迪、寧德時代等企業都有着非常強勁的動力,技術層面上也很樂觀。”

  現在鋰電池領域的問題是,消費者既希望智能手機輕薄時尚、屏幕大,又要求手機續航能夠夠長,起碼要支持一天續航。這就促使手機廠商,尋求能量密度更高的電池。據澎湃新聞報道,武漢理工大學教授、新能源汽車檢測與控制研究所所長謝長君稱,鋰電池誕生至今,技術上沒有非常大的革新,日韓、美國和中國的目標是,2020年把鋰電池能量密度提升至300WH/Kg。產業界還是圍繞提高電池能量密度做文章。

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