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众望所归,他们让锂离子电池更高效安全!

来源:新民晚报     记者:郜阳     编辑:沈小栋     2019-10-09 21:36 | |

来源/诺贝尔奖官网

  【新民晚报·新民网】“众望所归!”接到新民晚报记者采访电话,上海科技大学物质科学与技术学院教授米启兮一开口如是说。北京时间17点45分许,2019年诺贝尔化学奖揭晓,约翰·古迪纳夫(John B. Goodenough),斯坦利·威廷汉(M. Stanley Whittingham )和吉野彰(Akira Yoshino)因在锂离子电池领域的突出贡献,摘得本年度的奖项。约翰·古迪纳夫也以97岁的高龄,成为截至今年获得诺贝尔奖时年龄最大的科学家。

  几乎所有电池的设计最终都会归结到正极、负极及电解质材料的选择——这决定了电池的储电能力和放电速度。1980年,古迪纳夫在锂电池钴氧化物正极材料上巨大突破,现在全世界的便携电子设备都采用这种类型的正极材料。“诺贝尔化学奖只要颁给锂离子电池领域,一定绕不开老爷子。”米启兮告诉记者,“另两位得主则体现了诺奖评委会一贯的标准:除了最主要的贡献者,也要奖励‘在黑暗中推开第一扇光明之门’的科学家。”

  上世纪70年代,供职于美国埃克森石油公司的斯坦利·威廷汉发明了锂电池。他采用硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,制成首个锂离子电池。作为锂离子电池的开拓者,在科学界他获得诺贝尔化学奖的呼声一直很高。而吉野彰设计的锂离子电池以碳基材料为负极,以钴酸锂为正极,完全去除电池中的金属锂,提高了安全性。“然而,古迪纳夫和吉野彰不是我们想象中的‘学霸’。古迪纳夫入行(读博)时已经30岁了;而吉野彰很长时间也只是旭化成公司的普通研究员。”

  对于化学界而言,2019年是个特殊的年份——化学元素周期表诞生150周年。“诺贝尔化学奖被戏称为‘理综奖’,今年算是‘回归正统’颁给了无机化学领域。”米启兮笑称。在他看来,锂离子电池的关键突破与元素周期表上的重要元素有关。“ “既轻又活泼的金属””而古迪纳夫发明的正极材料里,最关键的元素是钴。钴元素本身是一种战略资源,产地集中在非洲,随着锂离子电池日益兴盛,对钴的需求更是与日俱增,也造成了钴元素的存量告急。正在开展的研究,试图用钴元素周围的锰和镍来代替。“目前的趋势是将锰钴镍融合在一起,称为‘三元材料’。”

  同样来自上海科技大学物质学院的刘巍教授带领课题组近期在锂离子电池的电极材料方面取得重要进展:科研团队突破传统电极结构,开发了具有致密结构、高负载量、低成本的新型电极结构。她告诉记者,未来锂电池将朝着大规模储能方向发展。“锂电池将会在电动汽车上取代部分还在使用的镍氢电池,更重要的是,新能源光伏发电和风力发电需要稳定的储电装置,需要有高能量密度的锂离子电池来储能。”据刘巍介绍,目前一大研究热点是在固态锂电池中,用锂金属作为负极来取代现在的石墨负极,如此比容量能提高约十倍。“而用固体电解质取代液体电解液,也能大大提高安全性。”据悉,为了更大规模提取锂资源,我国科学家正在开展从盐湖中提取锂的研究,进展顺利。

  “做事非常耐心、细致和扎实。在日本科研人身上能看到一种‘愚公移山’的精神。而日本企业在上世纪80年代,能持续给吉野彰提供良好的研发环境,所以‘隔壁邻居’再获诺奖,也就不足为奇了。”米启兮表示。(新民晚报记者 郜阳)

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