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            2019諾貝爾化學獎-鋰離子蓄電池勝出

            2019-10-10


            回顧過去六七十年間的科技飛躍:脊髓灰質炎疫苗,宇宙飛船,阿帕網(互聯網前身)等等。除了這些,還有兩項發明對經濟和社會發展影響深遠。如果沒有這項發明,世界各地人們的生活都將完全不同。

             

            第一項重大發明是1947年誕生于貝爾實驗室的晶體管。它的出現改變了電子產品,奠定了全球經濟和現代文明的基礎。第二項發明是鋰電池。1991年索尼公司開始商業化生產鋰電池,隨后鋰電池產品逐漸取代了依賴晶體管的笨重電子設備。

             

            和晶體管不同的是,盡管許多人都認為鋰電池應該獲諾貝爾獎,它的發明者遲遲沒有得到諾獎的垂青。鋰電池拓寬了晶體管的應用范圍。如果沒有鋰電池,就不會有智能手機,平板電腦和筆記本電腦,以及你現在閱讀這篇文章所用的設備。當然也不會出現蘋果、三星、特斯拉等公司。

             

            1980年,57歲的物理學家 Goodenough 他發明了鋰電池中*重要的部件,鈷氧化物陰極?,F在全世界的便攜電子設備都采用這種陰極。

             

            現在,年過九旬的 Goodenough 先生仍每天都去德克薩斯大學奧斯汀分校的小辦公室上班。對此他解釋道,我的工作還沒有完成。在鈷氧化物陰極發明35年后,電動能源汽車在價格上仍然不能與傳統的內燃機汽車競爭。而太陽能和風能發電的儲存成本太高,只能立即使用。我們的前景不容樂觀:雖然現在石油價格低廉,但根據商品價格波動周期規律,其價格必然會上升;同時氣候變化問題也愈演愈烈。

             

            簡而言之,世界需要超級電池。Goodenough 說:“不然的話,我只能說未來我們將通過戰爭來爭奪*后的能源,全球變暖也會發展到不可控制的地步。”

             

            好消息是 Goodenough 正和博士后助手們研究一個新想法。他說:“我想在去世前解決這個問題,我才九十多歲,還有時間。”

             

             
            電池研究的土壤

            電池是使帶電離子在兩個電極間定向移動的裝置。電荷定向移動產生電流供應電器工作。

             

            制作電池需要兩個電極,離子在電極之間移動。電極之間的電解質溶液作為離子移動的介質。帯負電的電極為陽極,帯正電為陰極。當電池放電(如為電器供電)時陽離子從陽極到陰極運動產生電流??沙潆婋姵卦谕饨与娫闯潆姷倪^程中,陽離子重新回到陽極儲存電能。

             

            幾乎所有電池設計*后都歸結到陽極、陰極及電解質材料的選擇。它們決定了電池的儲電能力和放電速度。

             

            早在1859年,Gaston Planté 就發明了鉛酸電池(使用鉛電極和硫酸電解液)。二十世紀早期,使用鉛酸電池的電動汽車性能似乎優于使用汽油的內燃機汽車。內燃機噪音很大而且很臟,啟動時還要搖動沉重的手柄。相比之下,電動汽車容易操作而且安靜。然而,汽車電子打火裝置等一系列發明使內燃機逐漸占據優勢。幾十年來,很少人認為電動汽車會取代內燃機汽車。

             

            商業創新使用電能替代內燃機的想法卷土重來。世界各地的研究者爭相研究電池,希望成為下一個福特。那時還在MIT工作的 Goodenough 說,一切突然發生了改變,電池的研究不再無聊了。這種狂熱持續到了下個十年,并隨著阿拉伯石油禁運的影響變得越發高漲。

             

            電能重新回到了舞臺,Goodenough 也加入了競爭。在之后的二十年里,他發明或參與發明了現代電池發展中幾乎所有的主要成果


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