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2019诺贝尔化学奖 他们发明了世界最强大的电池

导读:新浪科技讯 北京时间10月9日消息,瑞典皇家科学院决定将2019年诺贝尔化学奖授予约翰·古迪纳夫(John B。 Goodenough)、斯坦利·威廷汉(M...

2019诺贝尔化学奖 他们发明了世界最强大的电池

新浪科技讯 北京时间10月9日消息,瑞典皇家科学院决定将2019年诺贝尔化学奖授予约翰·古迪纳夫(John B。 Goodenough)、斯坦利·威廷汉(M。 Stanley Whittingham)和吉野彰,以表彰他们对锂离子电池的研究。这种可充电电池为手机和笔记本电脑等无线电子产品奠定了基础,还使一个无化石燃料的世界成为可能。从为电动汽车提供动力,到储存可再生能源,锂离子电池展现出了广泛的用途。

引言

电能为我们的生活提供了能量,无论何时何地,我们都需要电能。如今,即使附近没有电源插座,我们也可以十分方便、高效地获取电能。我们的移动方式越来越无拘无束,对电线的依赖也越来越少,可以在一个可能更健康的环境中享受高机动性。这一令人瞩目的发展是由高效的储能设备实现的。高容量电池使各种电动工具和车辆成为可能。原则上,我们都可以便捷地使用手机、相机、笔记本电脑、电动工具等,依靠高效的电池为它们提供动力。随着现代电池技术的发展,电动汽车也越来越受欢迎。我们正处在摆脱化石燃料汽车的时代。此外,有效的能源储存是对不稳定的能源(如风能和太阳能)的重要补充。有了电池,供需链可以随着时间的推移而平衡,即使在没有能源产出的情况下也是如此。

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能量存储技术,并促成了移动革命的实现。通过锂离子电池的高电势,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作用。然而,总体而言,电池的发展非常艰巨且具有挑战性,尤其是锂电池。自1800年亚历山德罗·伏特提出他著名的“电池堆”以来,无数的科学家和工程师为电池的开发投入了巨大的努力。

从基本结构上,电池的工作原理是相对简单的。电池由两个电极组成,每个电极连接到一个电路,电解液可以容纳带电的物质。通常情况下,电极之间被一种隔离材料隔开,这种隔离材料可以防止电极之间的物理接触,从而避免电池短路。在放电模式下,当电池驱动电流时,负极(阳极)发生氧化过程,导致电子从电极流出并穿过电路。在正极(阴极)会发生一个互补的还原过程,从电路中获得电子。电池电压很大程度上取决于电极的电势差,整个过程是自发的。对于可充电电池,这一过程可以逆转,外加电流可作用于电极,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。

许多在学术界、工业界甚至是独立工作的科学家和工程师都为电池的发展做出了贡献,他们也深深理解开发高效电池是一项非常困难的任务。因此,电池发展相对缓慢,只有极少数有效的电池配置在设计成功后应用多年。例如,我们仍然依赖于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,研究人员解决了诸多挑战,终于锂离子电池成为现实,从根本上改变了我们的世界。

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