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他們創(chuàng)造了一個(gè)可充電的世界

2019年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)勵(lì)鋰電池的發(fā)明。這種輕巧，可充電且性能強(qiáng)勁的電池今天早已進(jìn)入尋常百姓家，被每一部手機(jī)，筆記本和其他電子設(shè)備所使用。它還能用于存儲(chǔ)太陽(yáng)能和風(fēng)能，從而讓構(gòu)建一個(gè)零化石燃料使用的社會(huì)成為可能。

鋰電池被全球范圍被被廣泛用于為便攜式電子設(shè)備提供電力，方面我們通訊，工作，開(kāi)展研究，聽(tīng)音樂(lè)，或者檢索知識(shí)。鋰電池的發(fā)明還讓可以長(zhǎng)距離行駛的電動(dòng)汽車研發(fā)成為可能，同時(shí)它也被廣泛用于可再生能源，如太陽(yáng)能和風(fēng)能的存儲(chǔ)。
 

鋰離子電池已經(jīng)徹底改變了我們的生活，并被用于從手機(jī)到筆記本電腦和電動(dòng)汽車的所有領(lǐng)域。通過(guò)他們的工作，今年的化學(xué)獲獎(jiǎng)?wù)叩於藷o(wú)線、無(wú)化石燃料社會(huì)的基礎(chǔ)。

鋰電池的研發(fā)基礎(chǔ)在1970年代的石油危機(jī)期間被構(gòu)建起來(lái)。當(dāng)時(shí)，Stanley Whittingham正致力于研制一種可以擺脫石油燃料的能源技術(shù)。他開(kāi)始對(duì)超導(dǎo)體材料進(jìn)行研究，并很快發(fā)現(xiàn)了一種極端富能的材料，利用這種材料，他將這種材料創(chuàng)造性的用于制作鋰電池的陰極。這是使用二硫化鈦制作的，在分子層面上，其內(nèi)部空隙可以容納鋰離子。

電池的正極部分由金屬鋰制成。鋰有很強(qiáng)的釋放電子的驅(qū)動(dòng)力。這就形成了一個(gè)具有巨大電勢(shì)的電池，剛剛超過(guò)2伏特。然而，金屬鋰是活性的，電池爆炸的風(fēng)險(xiǎn)太大，在商業(yè)上并不可行。

John Goodenough預(yù)測(cè)，如果用一種金屬氧化物而不是金屬硫化物來(lái)制造陰極，那么電池將具有更大的電勢(shì)。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的研究，在1980年，他證明了嵌入鋰離子的氧化鈷可以產(chǎn)生高達(dá)4伏特的電壓。這是一個(gè)重要的突破，將帶來(lái)更強(qiáng)大的電池。
 

20世紀(jì)70年代初，斯坦利·惠廷漢姆（Stanley Whittingham，今年的化學(xué)獎(jiǎng)得主）開(kāi)發(fā)出第一塊可工作的鋰電池時(shí)，他利用鋰的巨大動(dòng)力釋放其外部電子。

以Goodenough的陰極為基礎(chǔ)，吉野彰在1985年發(fā)明了第一個(gè)商業(yè)上可行的鋰離子電池。他沒(méi)有在陽(yáng)極使用活性鋰，而是使用石油焦，這是一種碳材料，像陰極的鈷氧化物一樣，可以插入鋰離子。

于是，研究者獲得了一種重量輕且耐用的電池，在性能衰竭之前可以充電數(shù)百次。鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)是，它們不是基于分解電極的化學(xué)反應(yīng)，而是基于鋰離子在正極和負(fù)極之間來(lái)回流動(dòng)。

自1991年首次投入市場(chǎng)以來(lái)，鋰離子電池已經(jīng)徹底改變了我們的生活。它們?yōu)闊o(wú)線通訊和建立無(wú)化石燃料社會(huì)奠定了基礎(chǔ)，為人類帶來(lái)了巨大的利益。

此前，美國(guó)化學(xué)會(huì)周刊《化學(xué)化工新聞》（C&EN）做出了相當(dāng)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。當(dāng)時(shí)該期刊表示，今年的化學(xué)獎(jiǎng)很有可能會(huì)在電池研究、基因編輯技術(shù)、金屬有機(jī)框架材料研究等改變?nèi)祟愂澜缟畹娜箢I(lǐng)域中產(chǎn)生，并猜測(cè)今年的獲獎(jiǎng)?wù)呖赡軙?huì)是97歲高齡的“鋰電池之父”、美國(guó)德州大學(xué)奧斯汀分校（University of Texas at Austin）機(jī)械工程系教授古迪納夫（John B。 Goodenough）。


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