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上海科协大讲坛2019年诺奖解读活动第三场 神奇的能量开启可充电的世界
2019-12-16 19:36:35 来源: 新华网
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        新华网北京12月16日电(芦俊文)日前,由上海市科学技术协会主办,上海市科普作家协会、新华网“科普中国-科技前沿大师谈”、上海市科学技术协会“上海科协大讲坛”承办的“解读2019年诺贝尔化学奖”在沪举办。华东师范大学教授姜雪峰主持活动。

        2019年诺贝尔化学奖授予来自美国的科学家约翰·古迪纳夫、斯坦利·惠廷厄姆和日本科学家吉野彰,以表彰他们在锂离子电池研发领域作出的贡献。“三位科学家以接力的形式把充电锂电池的瓶颈问题逐一解决:不但有科学上的重大贡献,建立起了锂离子电池的高能稳定模型,更推动了产业的实际应用。”姜雪峰介绍,惠廷厄姆发现了一种能量非常丰富的材料——二硫化钛,制成了新的锂电池阴极;古迪纳夫预测,如果使用金属氧化物而不是金属硫化物制成阴极电池会具有更大的潜力。他在1980年证明了这个预测,嵌入了锂离子的氧化钴可以产生4伏的电压;在古迪纳夫研制出的阴极基础上,吉野彰使用了稳定的焦炭的阳极,于1985年开发出首个接近商用的锂离子电池。

        华中科技大学教授、同济大学兼职教授黄云辉做了《神奇的能量,不老的传奇》的主题演讲,深入浅出地介绍了锂离子电池的前世今生。他介绍,电池可以分为一次电池和二次电池,一次电池指的是不能充电的电池,如锌锰干电池、钮扣电池、锂原电池等;二次电池是可充电的电池,如铅酸电池、镍氢电池等。上世纪70年代由于石油危机,人们期待电压更高、能量密度更大的可充电电池,本次获奖的3位科学家很好地解决了二次锂电池关键材料和储能机理等问题,构筑了锂离子电池的雏形,促进了锂离子电池商业化规模应用,开创了一个新的可充电的世界。

        如今,锂离子电池在手机、笔记本电脑、新能源汽车、太阳能和风能等新能源的规模储能领域已有广泛应用,智能手机使用的锂离子电池其正极材料主要为钴酸锂。“古迪纳夫在锂离子电池正极材料方面的发明具有重大而深远的意义。”黄云辉介绍,钴酸锂中的钴和氧原子结合得很紧密,它们在晶体学上形成了一种层状结构,使得锂离子可以在钴酸锂晶体中快速移动,可以同时作为锂离子的供体和受体,实现锂离子可逆嵌入和脱出,以它为正极,可以获得高达4伏的电压,从而提升电池储存的电量。不仅如此,古迪纳夫还发现了另外两种重要的正极材料锰酸锂和磷酸铁锂,为锂离子电池的发展做出了巨大贡献。

        本次获奖的三位科学家均已70岁以上。其中,古迪纳夫已97岁,打破了诺贝尔奖获得者的最大年龄纪录。“他一直没有退休,每天坚持上班,工作在第一线,近几年潜心致力于安全性能更好的固态锂电池的研究,争取再为人类社会做一些贡献。”黄云辉说,古迪纳夫喜欢思考,他经常利用自己在物质结构方面的深厚知识积累去预见一些新的材料,总有一些新的想法,并不断地通过实验去验证。最后,黄云辉鼓励科研人员应以古迪纳夫老当益壮、追求科学的精神为榜样,淡泊名利、潜心研究。

        上海交通大学化学化工学院研究员王久林介绍,这次诺奖实至名归。锂离子电池从上世纪90年代初成功商业化至今,已经深入到大众的手机、笔记本电脑,并逐步应用于电动车和规模储能。未来还将有更加安全的固态电池和能量密度更高的新体系比如锂硫电池等出现。在智能终端和可穿戴设备方面,高性能二次电池也将发挥着重要的作用。

        据了解,“上海科协大讲坛暨科技前沿大师谈 解读2019年科学类诺贝尔奖系列讲坛”系列活动旨在向社会公众权威解读2019年诺贝尔物理学奖、化学奖、生理学或医学奖的获奖科研成果。

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【纠错】 责任编辑: 芦俊文
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