手机网站
手机网站
，在很大程度上，锂离子电池使这些发展成为可能。这种电池彻底改变了储能技术，促进了移动革命的实现。通过锂离子电池的高潜力、高能量密度和高容量，这种电池类型为改善我们的生活做出了巨大贡献，并将在未来几年继续发挥其作用。然而，总的来说，电池的发展是非常困难和具有挑战性的，尤其是锂电池。自从1800年亚历山德罗.沃尔特提出他著名的"电池堆"以来，无数科学家和工程师在电池的发展上投入了巨大的努力。
从基本结构来看，电池的工作原理相对简单电池由两个电极组成，每个电极都连接到一个电路上，电解液可以含有带电物质。通常，电极由隔离材料隔开，这可以防止电极之间的物理接触，从而避免电池短路。在放电模式中，当电池驱动电流时，负电极(阳极)经历氧化过程，导致电子流出电极并通过电路互补还原过程发生在正极(阴极)以从电路中获得电子。电池电压很大程度上取决于电极的电位差，整个过程是自发的。对于可充电电池，这一过程可以逆转，外加电流可以作用在电极上，产生互补的氧化还原反应。这个过程是非自发的，需要能量输入。
学术界、工业界甚至独立工作的许多科学家和工程师都对电池的发展做出了贡献。他们也深知开发高效电池是一项非常困难的任务。因此，电池开发相对较慢，并且在成功设计之后的许多年中仅应用了少数有效的电池配置。例如，我们仍然依赖19世纪中期发明的铅酸电池。尽管如此，通过一系列突破性的多学科科学发现，包括电化学、有机和无机化学、材料科学等，研究人员已经解决了许多挑战，最终锂离子电池成为现实，从根本上改变了我们的世界。
背景一种元素很少在戏剧中扮演中心角色，但在2019年诺贝尔化学奖的故事中，有一个明显的主角:锂这是大爆炸前几分钟产生的一种古老元素。1817年，当瑞典化学家约翰·奥古斯特·阿尔弗埃德森和约翰·雅各布·伯泽利乌斯从斯德哥尔摩群岛的乌特矿区的矿物样品中提纯这种物质时，人类知道了它的存在。
Berzelius将这种新元素命名为“石”，在希腊语中的意思是“石头”。虽然名字很粗，但它是最轻的固体元素。这就是为什么我们有时很难注意到手机。
更准确地说，瑞典化学家实际上没有发现纯金属锂，而是发现了锂离子的盐形式纯锂引发了许多火灾警报，尤其是在我们将要讲述的故事中。这是一种不稳定的元素，必须储存在油中，以免与空气发生反应。
锂是一种在外层电子层只有一个电子的金属，所以它有很强的能力把这个电子留给另一个原子。当这种情况发生时，会形成更稳定的带正电荷的锂离子。
锂的弱点是反应性，但这也是它的优势。20世纪70年代初，斯坦利·维廷汉姆开发了第一个全功能锂电池。他用锂释放其外部电子的强大驱动力。1980年，Goodisful将电池的潜力翻了一番，为开发更强、更实用的电池创造了合适的条件。1985年，吉野·阿基拉成功地从电池中去除了纯锂，但完全是基于比纯锂更安全的锂离子。
这使锂电池成为一种实用的电池锂离子电池给人类带来了巨大的利益，使得储存笔记本电脑、手机、电动车以及太阳能和风能成为可能。
我们将回到50年前，回到锂离子电池的原始时代
油雾更新电池研究
原始可充电电池的电极含有固体物质，当它们与电解质发生化学反应时会分解这个过程会损坏电池斯坦利·威廷汉姆的锂电池的优点是锂离子储存在阴极的二硫化钛空间。当使用电池时，锂离子将从阳极的锂流到阴极的二硫化钛；当电池充电时，锂离子会再次回流。
| 20世纪中叶，世界上使用汽油的汽车数量显著增加，汽车排放的废气加剧了大城市的有害烟雾。同时，人们越来越意识到石油是一种有限的资源。所有这些都为汽车制造商和石油公司敲响了警钟。如果他们的企业要生存，他们需要投资电动汽车和替代能源。电动汽车和替代能源都需要强大的电池来储存大量能量。事实上，当时市场上只有两种可充电电池:早在1859年发明的铅酸电池(现在仍用作燃料汽车的启动电池)和20世纪上半叶发明的镍镉电池。
石油公司投资新技术
面对石油枯竭的威胁，石油巨头埃克森决定多元化经营在基础研究的一项重大投资中，埃克森公司招募了当时能源领域的一些最重要的研究人员，允许他们做几乎任何他们想做的事情，只要不涉及石油。
在纯锂为阳极的电池充电时会导致锂枝晶的形成。这些锂枝晶会使电池短路，引发火灾甚至爆炸。斯坦利·惠廷翰是1972年加入埃克森的科学家之一他来自斯坦福大学，从事一些固体材料的研究。这些材料有原子大小的空间，允许带电离子附着其上。这种现象叫做嵌入。当离子被捕获在材料内部时，材料的性质会发生变化。在埃克森公司，斯坦利·维廷汉姆和他的同事开始研究超导材料，包括可以嵌入离子的二硫化钽。他们向二硫化钽中添加离子，并研究其导电性会受到怎样的影响。
维廷汉姆发现了一种能量密度极高的物质
，这在科学中是常有的事。这个实验带来了意想不到的发现结果表明，钾离子会影响二硫化钽的导电性当斯坦利·维廷厄姆开始详细研究这种材料时，他观察到它具有非常高的能量密度。换句话说，钾离子和二硫化钽之间的相互作用具有惊人的能量。当维廷厄姆测量这种材料的电压时，他发现它可以达到几伏，比当时的电池好得多。斯坦利·维廷汉姆很快意识到是时候改变方向了。他转向能够为未来电动汽车储存能量的新技术。然而，钽是一种相对较重的元素，市场上没有必要装载较重的电池。因此，他用钛代替了钽，钛的性质与钽相似，但重量轻得多。
锂
Goodisly作为负极开始使用氧化钴作为锂电池的负极这几乎使电池的潜力翻倍，使其更强大。
因此，锂开始在锂离子电池中占据最重要的位置。作为斯坦利·维廷汉姆新电池的阴极，锂不是一个随意的选择。在电池中，电子应该从负电极(阳极)流向正电极(阴极)因此，负极应该使用容易失去电子的材料，在所有元素中，锂最愿意释放电子。作为
的成果，斯坦利·维廷汉姆开发了一种可在室温下工作的可充电锂电池。它既有巨大的潜力，也有巨大的潜力。他去了埃克森公司在纽约的总部讨论这个项目。会议持续了大约15分钟，管理团队很快决定利用斯坦利·维廷汉姆的发现来开发一种商业上可行的电池。
电池爆炸和油价下跌
不幸的是，准备开始生产电池的团队遇到了一些困难随着新锂电池的反复充电，锂电极上开始出现锂材料的薄层。当它们到达另一个电极时，电池会短路并爆炸。消防队不得不几次出动灭火。他们威胁实验室支付用于扑灭锂电池火灾的特殊化学品的费用。为了使电池更安全，铝被添加到金属锂电极中，并且两个电极之间的电解质也被替换。
斯坦利·维廷汉姆于1976年宣布了他的发现，此后电池开始为一家瑞士制表商进行小规模生产，并计划将其用于太阳能钟表。下一个目标是扩大电池的容量，这样它就可以给汽车充电。但在20世纪80年代初，油价突然大幅下跌，埃克森需要削减成本。结果，相关的研究工作停止了，威廷汉姆发明的技术被授权给世界三个不同地区的三家不同的公司。但这并不意味着研究工作的结束。埃克森放弃工作后，约翰·古德斯沃接手了
吉野·阿基拉开发出第一款商用锂离子电池他在阴极使用了古德足够的锂钴氧化物，在阳极使用了一种叫做石油焦的碳基材料，锂离子也可以插入其中。电池在工作时不会发生化学反应而自我毁灭。相反，锂离子可以在电极之间来回流动，从而大大延长电池寿命。由于石油危机，当古德足够对电池技术感兴趣时，
还是个孩子，古德足够在阅读上有明显的障碍。这也是他被数学吸引，并在第二次世界大战结束后开始学习物理的原因之一。他在麻省理工学院的林肯实验室工作多年。在此期间，他对随机存取存储器(RAM)的研究做出了贡献，它至今仍然是我们计算机不可或缺的一部分。
像20世纪70年代的许多人一样，古德足够深受石油危机的影响，所以他希望为替代能源做出贡献。然而，林肯实验室是由美国空军资助的，不允许进行这样的研究。因此，当他有机会成为英国牛津大学无机化学教授时，他抓住了这个机会，并最终投身于一个重要的能源研究领域。
锂离子与氧化钴结合时产生的高电压
Goodisful知道由Wittingham发明的革命性的新电池技术，但是他对材料内部结构的专业知识告诉他，如果电池的阴极由金属氧化物而不是金属硫化物制成，阴极的电势会更高。因此，他的研究小组的几个成员被赋予了寻找合适的金属氧化物的任务，这种金属氧化物应该能够在锂离子的作用下产生相对高的电压，并且当这些离子被去除时不会引起问题。系统搜索的结果
远远高于Goodisful最初的想法。威廷汉姆的电池可以产生略高于2伏的电压，但古德足够发现，在阴极使用钴酸锂的电池产生的电压会翻倍至4伏。这里的一个关键发现是，古德足够认识到，电池在生产之前不需要保持充电状态，这在以前已经做过了。相反，它们可以在制造后充电。1980年，他宣布了高能量密度的新阴极材料。虽然它的重量很轻，但它也能生产性能很强的电池。这是人类进入移动时代的关键一步。
日本公司渴望使用轻质电池为新的电子产品供电
然而，在西方，随着石油价格的探索，寻找替代能源和开发不使用石油的电动汽车的投资热情开始下降。但是在日本，情况完全不同。电子公司迫切需要一种轻便的可充电电池来为他们的摄像机、无线电话和电脑供电。朝日株式会社的阿基拉·吉野就是看到这一巨大需求的人之一正如他自己所说:“这就像嗅出趋势的总体方向你可以说我在这个区域的嗅觉相对敏感。“
吉野·阿基拉开发了第一个商用锂离子电池
当吉野·阿基拉决定开发一种功能性可充电电池时，他选择了古德斯沃公司的钴酸锂作为阴极，并尝试使用各种碳基材料作为阳极研究人员先前已经证明锂离子可以插入石墨的分子层，但是石墨会被电池的电解液分解。当吉野·阿基拉试图使用石油焦炭(石油工业的副产品)时，他终于找到了灵感他用电子给石油焦充电，发现锂离子被吸入了材料中。然后，当他打开电池时，电子和锂离子在阴极流向钴酸锂，而钴酸锂的电势要高得多由
吉野·阿基拉研发的电池运行稳定、重量轻、容量大，可产生4伏电压锂离子电池最大的优点是离子可以嵌入电极中。大多数其他电池都是基于化学反应，电极缓慢而稳定地变化。当锂离子电池充电或放电时，离子在电极之间流动，不会与周围环境发生反应这意味着电池有更长的寿命，它的性能不会恶化，直到它被充电数百次。
的另一大优势是电池不含纯锂。1986年，当吉野·阿基拉在测试电池的安全性时，他非常小心，甚至把测试工作放在专门用于爆炸测试的房间里。他向电池扔了一大块铁，但什么也没发生。然而，当含有纯锂的电池用于重复测试时，电池会剧烈爆炸。通过安全测试对这种电池的未来前景至关重要。正如吉野·阿基拉所说:这一时刻标志着锂电池的正式诞生。
锂离子电池——在一个不需要化石燃料的社会中不可或缺
1年，一家日本大型企业率先销售锂离子电池，引发了电子行业的一场革命手机尺寸已经缩小，电脑已经开始变得便携，MP3音乐播放器和平板电脑已经逐渐问世。
此后，世界各地的研究人员开始依次搜索元素周期表，试图开发性能更好的电池，但就电池容量和电压而言，没有一种电池能打败锂离子电池。然而，近年来锂离子电池也得到了创新和改进。例如，固特异用磷酸铁代替氧化钴，使电池更加环保。
，像几乎所有的人类生产活动一样，锂离子电池的生产对环境也有一定的影响，但也给环境带来很大的好处。有了锂离子电池，研究人员能够发明更清洁的能源技术和电动汽车，从而有效减少温室气体和微粒排放。
通过他们的研究工作，古德足够、斯坦利·威廷汉姆和吉野·阿基拉为一个不需要化石燃料的新无线社会创造了适当的条件，并使全人类受益匪浅。
来源:新浪科技
