2019年諾貝爾化學(xué)獎授予了開發(fā)鋰離子電池的科學(xué)家。

從長遠來看，所有美好的事情都會結(jié)束。

三位科學(xué)家馴服了鋰離子，為每個人創(chuàng)造了一個可充電、超長待機的世界。如今，鋰離子電池這一輕便、可充電、功能強大的發(fā)明，幾乎出現(xiàn)在大家所熟悉的手機、筆記本電腦、電動汽車等所有電子產(chǎn)品中。它還可以儲存大量來自太陽和風(fēng)的能量，使無化石燃料的社會成為可能。

每個人都喜歡鋰離子電池

現(xiàn)在，在世界各地，您都可以看到鋰離子電池為人類的日常活動提供動力。最常見的方法之一是為便攜式電子設(shè)備供電。

圖片來自網(wǎng)絡(luò)

沒有它我們就活不下去。因為您每天都使用這些便攜式電子設(shè)備進行交流、工作、學(xué)習(xí)、聽音樂、搜索知識。同時，鋰電池還促進了遠程電動汽車以及太陽能、風(fēng)能等可再生能源儲能的發(fā)展。

回顧過去，鋰離子電池的基礎(chǔ)實際上是在20世紀70年代的石油危機期間奠定的。今年的獲獎?wù)咧凰固估せ萃⒍蚰罚⊿tanley Whittingham）致力于開發(fā)可實現(xiàn)無化石燃料能源技術(shù)的方法。他通過研究超導(dǎo)體發(fā)現(xiàn)了一種能量非常豐富的材料，并用這種材料制造了鋰電池的新型陰極——。它由二硫化鈦制成，具有在分子水平上容納（嵌入）鋰離子空間的能力。

Whittingham的鋰電池的優(yōu)點是鋰離子儲存在陰極的二硫化鈦中。使用時，鋰離子從陽極的鋰流向陰極的二硫化鈦。當電池充電時，鋰離子沿相反方向回流。

電池的陽極部分由金屬鋰制成，具有很強的釋放電子能力。

雖然電池誕生了。然而，金屬鋰的反應(yīng)性很強，容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致電池爆炸而無法使用。

正負極材料選擇難

被稱為鋰電池之父的約翰·古迪納夫曾預(yù)測，如果陰極由金屬氧化物而不是金屬硫化物制成，將具有更大的潛力。經(jīng)過仔細的搜索和研究，他于1980年證明嵌入鋰離子的氧化鈷可以產(chǎn)生高達4伏的電壓。這是一個重要的結(jié)果。

被譽為鋰電池之父的古迪納夫今年已經(jīng)97歲了。圖片來自網(wǎng)絡(luò)

突破出現(xiàn)在1985 年，今年的獲獎?wù)咧患罢?Akira Yoshino) 在古迪納夫(Goodenough) 對電池陰極的研究的基礎(chǔ)上，最終成功制造出了第一個商業(yè)上可行的鋰離子電池。他沒有在陽極中使用活性鋰，而是使用石油焦，這是一種碳材料，與陰極中的氧化鈷一樣，可以嵌入鋰離子。

古迪納夫開始在鋰電池陰極中使用氧化鈷，使電池的潛力加倍并使其更加強大。

結(jié)果是一種輕質(zhì)而堅固的電池，在其性能下降之前可以充電數(shù)百次。這種鋰離子電池的最大優(yōu)點是它們不再基于分解電極的化學(xué)反應(yīng)，而是基于鋰離子在陽極和陰極之間來回流動。

徹底改變了你我的生活

自從1991年日本索尼公司首次將鋰離子電池推向市場以來，這些電池徹底改變了我們的生活。一方面，它是當今社會最重要的便攜式能源；另一方面，它們?yōu)闊o化石燃料社會奠定了基礎(chǔ)，這對人類的現(xiàn)在和未來都具有重要意義。

吉野彰開發(fā)了第一個商業(yè)上可行的鋰離子電池。他在陰極中使用了古迪納夫的鋰鈷氧化物，但在陽極中他使用了——石油焦，這是一種也可以嵌入鋰離子的碳材料。該電池不再基于分解電極的化學(xué)反應(yīng)，而是基于鋰離子在陽極和陰極之間來回流動，這使得電池壽命顯著延長。

鋰電池曾與晶體管一起被視為電子行業(yè)最偉大的發(fā)明，而晶體管的發(fā)明者巴丁早在1956年就獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。因此，多年來，鋰離子電池一直被納入其中。每年都在預(yù)測的熱點地區(qū)。

事實上，正是鋰電池的出現(xiàn)，拓寬了晶體管的應(yīng)用范圍。商業(yè)化生產(chǎn)的鋰電池走近人們，告訴人們不再需要依賴需要晶體管的笨重電子設(shè)備。結(jié)果，智能手機、筆記本電腦和平板電腦迅速占領(lǐng)了市場。它是電池技術(shù)的突破，給便攜式電子設(shè)備行業(yè)帶來了巨大的變化。

如今的鋰電池產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值已接近數(shù)十億美元。世界仍然需要鋰離子電池，世界需要綠色未來。