为什么诺贝尔提供锂电池?锂电池的发明者告诉您锂电池的历史

为什么诺贝尔提供锂电池?诺贝尔奖创下了纪录。 97岁那年,诺贝尔奖获得了最高纪录。这次锂电池之父获胜。

三个获奖者都享有锂电池之父的的声誉。基于三人的研究结果的,索尼于1991年生产了世界上第一块商用锂电池,十多年来,它彻底改变了消费电子行业,并且近年来也已应用于新能源汽车。

锂电池分为两种:一种是锂金属电池,最早是由Gilbert N. Lewis在1912年提出和研究的。另一种锂离子电池是由Whittingham在1970年代提出的。当今的的锂电池通常被称为锂离子电池,今年的三位诺贝尔奖获得者的也为这一领域做出了贡献。

北京时间10月9日下午17:45,宣布了2019年诺贝尔化学奖。美国科学家约翰·古德诺(John B.Goodenough)英美裔科学家斯坦利·惠廷汉(M. Stanley Whittingham)和日本科学家吉野彰(Akira Yoshino)共同获得了这一奖项,以表彰他们在锂离子电池领域的的贡献;三人平分了900万瑞典克朗的奖金。

电子烟电池的基础知识与分类

诺贝尔奖委员会指出电子烟电池的基础知识与分类,三位科学家发明了一种便携式的便携式电池,人们可以在汽车和移动电话中使用该便携式电池,从而开启了电子设备的便携性过程。

电子烟电池的基础知识与分类

美国固态物理学家约翰·B·古德诺(John B. Goodenough)是二次电池行业的重要学者的。他目前是德克萨斯大学奥斯汀分校的机械工程和材料科学教授的;

电子烟电池的基础知识与分类

M。纽约州立大学宾汉顿大学化学教授兼材料科学与工程学院院长斯坦利·惠廷汉姆(k5);

电子烟电池的基础知识与分类

日本化学家吉野彰(Yoshino Akira)目前是朝日化成公司(Asahi Kasei Corporation)的研究员,并且是名城大学(Meijo University)的教授。

2018年10月2日,现年96岁的的物理学家亚瑟·阿什金(Arthur Ashkin)和另外两名科学家获得了2018年诺贝尔物理学奖,成为获奖者中年龄最悠久的的诺贝尔奖。现在,今年的冠军约翰·B·古德诺(John B. Goodenough)打破了这一纪录。

瑞典化学家阿尔弗雷德·诺贝尔(Alfred Nobel)是诺贝尔奖的的创始人,他本人也是发明硝酸甘油炸药的化学家。根据他的的遗嘱,诺贝尔化学奖旨在奖励那些在化学领域取得重大发现并取得显著成果的人。

电子烟电池的基础知识与分类_电子烟电池_电子烟 电池

电池的简要历史记录

要了解其对的的贡献,您必须首先了解电池的开发里程。

电池的的基本原理是使用“较高活性” 的金属材料制成阳极(即负极-),并使用更稳定的的材料制成阴极(即正极+)。负极材料归因于库仑。力的导致电子损失(氧化反应)并流向阴极以获取电子(还原反应),而电池(电解质)内部导致阴极的阴离子流到阳极并与阳离子结合,从而形成一个环来发电。

电子烟电池的基础知识与分类

正是因为这种流动本质上是化学反应,所以它遵循能量守恒定律。如果在外部电器(移动电话,照相机和其他耗电设备)上进行工作,则意味着反应产生的能量被电器“吸收”电子烟电池的基础知识与分类,并且达到了相对的的平衡。如果没有电器,但电路已连接,则意味着能量无处可使用,并且会变热,并且速度非常快,因为电子的运动速度的与光速,这就是为什么电池在发生短路时会发热的原因。它甚至会燃烧并爆炸。

一旦电池的内部化学能耗尽,电池就没有用了。因此,可充电的电池能够通过外部电源“恢复”(返回)内部的化学反应。它还需要选择特殊的的材料和设计,这些材料和设计可以“完美地”将电池恢复到其原始形状。重新获得化学能。

电子烟电池的基础知识与分类

(伏特电池,来自Visual Capitalist的图片)

1799年,意大利物理学家亚历山德罗·沃尔塔(Alessandro Volta)发明了第一个电池(Vlotaic Pile),他用锌(阳极)和铜(阴极)以及浸泡过的盐水的纸(电解质))制造了一个电池来证明可以人工制造电力的。

电子烟电池的基础知识与分类

(丹尼尔电池,图片来自Visual Capitalist)

大约40年后,我认为英国化学家约翰·弗雷德里克·丹尼尔(John Frederic Daniell)通过改变电池的形状(由于产生氢的化学反应,解决了在伏特电池组放电过程中产生的的氢气泡的问题)气体,导致电池内部接触不良),此时,电池可以达到1V的电压。

电子烟电池的基础知识与分类_电子烟电池_电子烟 电池

电子烟电池的基础知识与分类

(铅酸电池,图片来自Visual Capitalist)

1850年,法国物理学家加斯顿·普兰特(GastonPlanté)发明了铅酸电池(阳极是铅,阴极是氧化铅,硫酸溶液是电解质)。铅的使用不仅可以实现极低的成本的,而且还可以提供12V 的的电压,并且可以充电和循环使用。这种类型的电池被广泛使用,并且被用于车辆电池和早期的电动车辆中。截至2014年,全球已售出约4470万块铅酸电池。

电子烟电池的基础知识与分类

(镍镉电池,图片来自Visual Capitalist)

1899年,瑞典的Waldemar Jungner发明了镍镉电池(镍是阴极,镉是阳极,使用了液态电解质),常用于的随身听和四轮驱动的在我小的时候充电电池为现代电子技术奠定了基础。但是,这种电池有一个很大的的缺点,即老一代人经常会告诉您,可充电电池必须先用完才能充电。 的原因是由于其化学特性的,如果电池没有用完,请对其充电。 ,就会发生“镉中毒”现象,导致电池“记忆”“最小电量”,这将导致下一次充满电的电池收缩,因此将逐渐被市场淘汰。

电子烟电池的基础知识与分类

(碱性电池,图片来自Visual Capitalist)

1950年后,加拿大工程师Lewis Urry发明了现在非常普遍的的碱性电池(锌是阳极,氧化镁是阴极,氢氧化钾是电解质,这是碱性电池名称的来源) 。 的生活中常用的一次性电池,大多数都是不可充电的的,当然,也有特殊设计的的碱性电池可以充电,甚至可以通过按表面来显示当前电量电池。全球销售量超过100亿。

电子烟电池的基础知识与分类

(镍氢电池,图片来自Visual Capitalist)

1989年,第一个商用镍氢电池问世(阳极是金属氢化物或储氢合金,阴极是氢氧化镍)。经过20多年的发展,并由戴姆勒-奔驰(Daimler-Benz)和大众汽车(Volkswagen)赞助。通过新的的公式,镍氢电池比镍镉电池具有更高的能量密度和更少的污染。更重要的是的,镍氢电池没有“记忆效应”,因此无需担心镍镉电池之类的使用问题。除了广泛用于数字产品外,它还被早期的的丰田Prius混合动力汽车采用。

电子烟 电池_电子烟电池的基础知识与分类_电子烟电池

电子烟电池的基础知识与分类

(锂离子电池,图片来自Visual Capitalist)

1991年,索尼推出了首款商用锂离子电池(石墨阳极,锂化合物阴极和溶解在有机溶剂中的锂盐)。由于锂电池的高能量密度和不同的配方的,它可以适应不同使用环境的特征的,目前已被广泛使用。

电子烟电池的基础知识与分类

(左边的垂直方向是电流,右边的是单位功率,水平的是能量密度)

上述类型的电池经过200年的历史已达到锂电池的阶段。它们的目的的是更轻,更小和更高的能量。在此期间,许多人为此付出了很多努力。

诺贝尔化学奖

锂是由约翰·奥古斯特·阿夫维森(Johan August Arfwedson)于1817年发现的的。锂的的特性决定了它非常适合于高能量密度,高电压的电池。

电子烟电池的基础知识与分类

但是,由于锂的高活性,它在遇水或空气时可能会剧烈反应,从而引起燃烧和爆炸。如何“驯服”它已成为电池开发的关键的。另外,锂作为阳极的并没有错,但是如何找到适合阴极的材料的已成为研究目标的。

电子烟电池的基础知识与分类

(锂与水剧烈反应)

电子烟电池_电子烟 电池_电子烟电池的基础知识与分类

1970年代爆发了石油危机。斯坦利·惠廷汉姆(M. Stanley WhitTingham)决定致力于研发新的的能源技术,以摆脱石油的的限制。

电子烟电池的基础知识与分类

M。斯坦利·惠廷汉(M. Stanley WhitTngham)

起初,他专注于研究超导体,但偶然发现了一种具有巨大能量的的物质,可以用作锂电池的阴极的。

电子烟电池的基础知识与分类

经过多年的实验研究的,M·Stanley·Wittingham最终采用了硫化钛钛(LixTIS 2))作为锂电池的正极材料的,金属锂作为负极材料制成了锂电池。锂电池,其电压可以达到2. 5V,并且可以循环1100次而几乎没有功率损失,但是,由于负极材料包含金属锂,并且其活性过高,因此电池非常不稳定且易于使用燃烧或爆炸。

电子烟电池的基础知识与分类

(锂枝晶现象)

当时,“老大哥”用过的的电池是这种电池,采用了加拿大公司Moli Energy的技术的,产品推出不到半年后,由于着火和爆炸而在全球范围内召回爆炸的问题,再也没有恢复。后来被日本NEC公司收购。然而,经过几年的测试和探索电子烟,NEC终于找到了问题的主要原因的。在使用过程中,阳极材料金属中会出现“锂枝晶”,这会使阳极材料变形并可能遇到。阴极材料引起短路。尽管找到了原因,但没有解决方案。

因此电子烟价格,这种电池在商业研发的的道路上遇到了巨大的障碍。

问题发生后,科学家们想起了Rüdorff在1938年提出的的理论,即“离子转移池配置”方法(离子转移池配置)。因此,决定使用可以代替金属锂的材料作为负极材料-石墨。阳极材料的网格的释放电子,而石墨的的特性可以在碳元素之间存储电子,尽管与石墨相比,锂金属的活性较低(存储电子的能力),但更安全。

基于这一发展,约翰·B·古德诺(John B. Goodenough)也正在研究正极材料的改进的。他预测氧化锂化合物比硫化锂化合物更合适。

电子烟电池的基础知识与分类

John B. Goodenough(约翰B. Goodenough)

经过一系列的实验研究,1980年,古德诺(Goodenough)希望向外界展示氧化钴锂(LixCoO 2)作为正极的锂电池。

电子烟电池的基础知识与分类

由于石墨用作阳极,因此该电池可部分解决“锂树枝状”现象并防止内部短路。由于选择了正极材料的,电压增加到了4V(甚至高达5V)。通常电子烟电池的基础知识与分类,与Wettingham 的相比,锂电池的性能要好得多,更安全。

因为这个想法太过前卫,或者Moli Energy 的的教训太痛苦,所以当时没有公司敢于采用Goodenough 的的发明,甚至他的母校牛津大学也没有, 的不愿意这样做。它申请了专利。但是,索尼扩大了橄榄枝,并将其技术应用于生产,帮助索尼成为锂电池行业的领导者。

但是,科学家认为这还不够。日本的吉野彰(Akira Yoshino)已基于Gudinaf 的锂电池将阳极材料从石墨变成了石油焦。

电子烟电池的基础知识与分类

吉野彰(Akira Yoshino)

尽管它由相同的碳元素组成,但是却实现了轻巧和耐用。该电池可以充电和放电数百次,而不会损失性能。

电子烟电池的基础知识与分类

事实上,从古迪纳夫开始,这两种锂电池不再是产生的电能的化学反应,而是“纯” 的电子在阴极和阳极的之间流动以产生的 ],而这种能量完全来自的个“多余”电子的外部电荷,这些电荷存储在两极之间并用于工作,因此,实际上,这两种类型的电池不称为锂电池,但是锂离子电池(Lithium-ion)。

锂电池的的未来

自1991年锂电池问世以来电子烟价格,它经历了很多的的变化,但它们基本上是基于上述三个的的研究结果。从小的角度来看,锂电池提供了便利和丰富寿命的可能性。从长远来看,风能,水力发电和太阳能等可持续能源的未来使用是趋势。锂电池可以用作能量存储设备以节省这些能源。必要时使用,使发电设备“分散”。 (全面来自Tiger Sniff)

文章来源:电子烟,如若转载,请注明出处:http://www.siphongfu.com/3819.html

作者: 电子烟

发表评论

邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注