鋰電池是怎么一路走過來的?【圖】
鋰電池是怎么一路走過來的?今年的諾貝爾化學獎,頒給了一個老年天團,以此來獎勵他們,對鋰電池做出的貢獻。
說起鋰電池,大家應該不陌生,它被廣泛應用在生活的各個方面,甚至沒它你都活不下去。
所以獲獎消息一出來,人們驀然回首望向手機,忍不住發(fā)出感嘆:
有很多小伙伴可能還不知道,這三位獲獎者,主要有哪些成就?看起來平平無奇的鋰電池,究竟牛在哪?不要急,接下來就為大家講解鋰電池的發(fā)展之路。
電池的原理
在了解電池之前,我們要先來說說原子。大家都知道,物質是由原子組成的,而原子是有原子核和電子組成的,它們倆的關系,就好像大爺遛鳥:
那么鳥有多少只,要根據(jù)大爺?shù)膶嵙矶ǎ械拇鬆斮\弱,比如氫原子,就只有一只鳥。
而有的大爺實力強勁,比如氧原子,周圍圍著一堆鳥。
大家發(fā)現(xiàn)沒,這些鳥可不是瞎飛的,而是一層一層的飛。
一個穩(wěn)定的原子結構,最外層的電子數(shù)一般是這樣的:
但是呢,世上哪有那么多穩(wěn)定的事情,大部分時候,人生總是會出現(xiàn)各種幺蛾子,就比如:
于是,一個關于電池的故事就這么展開了…
話說,在一個電解質小區(qū)里,有兩棟樓。
這時候,正極樓里的大爺喬裝打扮一番,展開了誘惑大法。
而負極樓里的電子被愛情沖昏了頭腦,直接上演跑路戲碼,不帶一絲留戀。
如果負極樓里面的電子組團一起跑,奇跡就出現(xiàn)了:
所以這個故事告訴我們:
開個玩笑。這個故事,其實就是電池的原理,總結起來就是這樣子的:
利用正負極得失電子的原理,科學家們很早就發(fā)明出了電池,比如:
但是呢,這些電池有一些問題,比如:
于是大家又開始思考:能否發(fā)明出一種電池,又環(huán)保,又輕盈,戰(zhàn)斗力又強,還很持久呢?
于是,鋰電池登上了歷史的舞臺。
鋰電池
簡單來講,獲獎的這三位科學家,就是做了這些事:
咱們一個一個來看。
首先出場的科學家是斯坦利·惠廷厄姆,他千挑萬選,最終選出一個角色登上C位——鋰。
為啥要選它呢?我們來看一下它的結構:
就像是這樣:
同時,鋰又是最輕的金屬,用來做電池材料,會使電池更加輕盈。
依靠著這些優(yōu)勢,鋰成功當選了電池的負極材料。
于是電解質小區(qū),便迎來了負極住宅樓,金屬鋰。
接下來的問題就成了:給它找個什么樣的正極鄰居呢?
尋尋覓覓,斯坦利·惠廷厄姆最終宣布:
二硫化鈦有個優(yōu)勢:相比于金屬鋰,有著較高的電勢。
正負極的電勢相差越大,產(chǎn)生的電壓就越大,于是,鋰大爺?shù)镍B兒們跑去二硫化鈦家時,電壓立馬達到了2V。
于是,鋰電池誕生了。以下是鋰電池充放電的過程:
輕便環(huán)保能充電,是不是還挺完美的?然鵝,這時候的鋰電池,存在著兩大問題:
于是,另外獲獎的兩位科學家,就集中在這兩個問題上,瘋狂尋找對策。
首先出場的是約翰·古迪納夫教授,人家的英文名字叫John.B.Goodenough,你們感受下。
“很不錯”教授,先解決了電壓不夠猛的問題:他找啊找,找到了電勢更高的正極材料鈷氧化物,于是,電壓飆到了4V:
正極房子被替換后,科學家吉田彰又對電池的負極房子動了手腳:既然金屬鋰是個危房,隨時要出大事,干脆拆掉!
哈哈,主角當然要留著,吉田彰給住戶鋰大爺蓋了一個更結實的房子,石油焦。
然后故事的走向就變成了:大家和諧愉快的用愛發(fā)起了電。
通過這件事,吉田彰教授給了我們一個啟示:
當時,日本索尼公司率先在隨身聽設備上使用了鋰離子電池,開啟了電子消費設備的新時代。
在那之后,鋰離子電池依然在發(fā)展,比如“很不錯”教授又研究出了新的正極材料磷酸鐵鋰,進一步加強了電池的安全性。
這是目前電動汽車、電動大巴車、數(shù)據(jù)中心等所用電池的常用材料。
以上就是鋰電池的發(fā)展之路,我們應該感謝這三位科學家,為鋰電池的發(fā)展和應用開創(chuàng)了道路。其中,作為年齡最大的諾貝爾獎得主,已經(jīng)是高領97歲的“很不錯”教授,依然奮斗在研究的前線。電池的創(chuàng)新之路,依然還在繼續(xù)。
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