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“不能托运的锂电池”终获诺贝尔化学奖,未来它将如何“续航”?

2019-10-10 13:13:12

来源:东方网 作者:傅文婧 选稿:实习生 贺江敏

  东方网记者傅文婧10月10日报道:2019年诺贝尔化学奖于10月9日揭晓,约翰·B·古迪纳夫、M·斯坦利·威廷汉和吉野彰因对锂离子电池发展的巨大贡献获奖。小小的锂电池,在改变人类生活方式的历史上具有里程碑式的意义,无论是智能手机、平板电脑还是电动汽车……今年的诺贝尔化学奖在我们的生活中早已不可或缺。

约翰·B·古迪纳夫

  “一年前我就预测过,这三位将来会获得诺奖。”上海交通大学汽车动力电池材料研究所副所长、化学化工学院杨立教授在接受东方网采访时表示,在他看来,三位获奖人在近几年的诺贝尔化学奖得奖名单中当属“实至名归”,含金量很高。

  锂离子电池最大的优点在于能量密度高、体积又比较小,在日常生活的应用极为广泛。在本次获奖的三位科学家中,约翰·B·古迪纳夫主要研究钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂正极材料,威廷汉指出二硫化钛是能作为正极的新一代固体材料,而吉野彰则将这些材料运用到锂电池的研发当中,“三个人殊途同归走向了同一个目标。”据杨立教授介绍,过去在电池的正极材料中几乎没有使用过含钴酸锂的材料,而就在吉野彰研发锂电池的过程中,古迪纳夫刚好发表了研究文章,吉野彰由此将这一材料投入到锂电池制造上。

M·斯坦利·威廷汉

  另一方面,吉野彰就职的旭化成公司研发出了一种新型碳材料,刚好能够解决过去锂电池原型中聚乙炔材料过轻,让锂电池难以小型化的问题,最终促成了当下使用的锂电池的诞生。

吉野彰

  自1991年索尼公司将锂离子电池投入市场应用,近30年来,锂电池已在生活中无处不在。但时至今日的锂电池仍然具有一定的安全隐患。在乘坐飞机时,许多国家的民航部门都对携带锂电池有严格的安全规定。例如,充电宝不能托运,必须放在手提行李上随身携带,而手机爆炸、电动车爆炸等安全事故也曾多次发生。杨立教授表示,锂电池的结构由正极、负极、电解液和隔膜组成,因为电解液具有挥发性和可燃性,所以才会存在安全隐患。部分手机厂商为提升电池的能量密度,使用了较薄的隔膜以便储存更多电能。但变薄的隔膜生产难度大,容易产生质量问题,进而使得隔膜不能有效隔离电池的正负极,最终引发电池短路甚至发生爆炸。

  如何进一步提升锂电池的安全性,是锂电池研究的首要目标。“安全性必须是第一位的。”杨立教授表示,目前他们正在研究的方向是全固态的锂电池,“将目前锂电池中的电解液和隔膜整合成固态电解质,而且要不可燃。”此外,电解液和隔膜一旦能“合二为一”,电池的体积也将更加紧凑,能量密度也就更高。如能实现这一研究目标,今后锂电池的安全性能将进一步提升,发展前景也将更为广阔与持久。

  谈及锂电池应用的长期发展前景,杨立教授展望,未来锂电池如能实现无线充电将是一种理想状态,“所谓电池,就是一个能量的易拉罐。如果能实现无线充电技术,那么电动汽车也可以大大减轻自身重量。将来,锂电池和太阳能、风能配合使用可能是更好的出路。”

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