楠木軒

鋰電池是怎麼誕生的,對各個行業產生了哪些巨大的影響

由 老巧雲 發佈於 科技

鋰電池已經不是什麼稀罕物,可是瞭解他誕生過程的人並不多,一般人只是知道,他是電池的一種新技術而已,今天我們圍繞“鋰電池之父”——古迪納夫,來介紹一些鋰電池的前世今生,發展過程,對社會產生影響。

2019年,諾貝爾化學獎給了,斯坦利·惠廷漢姆、約翰·古迪納夫、吉野彰三個人,用來表彰他們在“鋰電池”領域做出的巨大的貢獻。在評委的審核致詞中,這樣評價道:

他們為人類帶來了,前所未有的一種新型電池,創造了一個可充電的世界,如果沒有鋰電池的誕生,根本就不可能有現在的智能手機、平板電腦,這是一個推動社會發展的巨大的發明。

這三位科學家,都極為的出色,給人印象最深的還是有“鋰電池之父”之稱的——古迪納夫,這位96歲的老人,成功刷新了諾貝爾史的記錄,成為最年長的獲獎者。

古迪納夫,於1922年7月25日,出生於美國,由於家庭的原因,自小就十分的孤獨,唯一的夥伴就是一條小狗。從小就患有先天性讀寫障礙,學業、與人交流都十分的困難。

正是這種原因,他愛上了大自然,喜歡在田野間與狗嘻嘻,渴望探究自然的奧秘。缺少母愛,缺少交流,讓古迪納夫決定一定要在學業上有所成績,他開始瘋狂的學習。

天才的道路,總是充滿坎坷,高考那一年,父母離婚,儘管衝破重重困難,順利被耶魯大學錄取。可是父親在開學之前,甩給他35美元,只留下一句話“不夠的部分自己解決。”

大家要知道,當時耶魯大學的學費是一年900美元,還要吃喝,可想而知古迪納夫要面臨多大的困難。求學期間的艱辛,可想而已。

學業上也不順利,四年之間,就換了五個專業。

二戰爆發之後,古迪納夫被派到葡萄牙,就做氣象蒐集工作。不久幸運之神降臨了,原來美國政府有一筆錢沒有花完,想在軍隊中找幾個人,去讀研究生,就這樣古迪納夫來到了芝加哥大學。

這個期間,古迪納夫專攻固體物理學,並與楊振寧先生成為了同學。古迪納夫的導師,是國際著名的物理學家——齊納,憑藉“齊納二極管”享譽全球,這段時間的學習,為古迪納夫研究電池材料,打下了堅實基礎。

獲得博士學位之後,古迪納夫被推薦進入了麻省理工學院的林肯實驗室,在這裏開始進行內存材料的物理研究。

在這期間,古迪納夫第一次接觸到了電池。

1976年,已經54歲的古迪納夫,獲得牛津大學的邀約。古迪納夫一直以治學嚴謹出名,第一次講課來了165名學生,可是第二堂課只來了8名,大多數學生都被嚇跑了。

初到英國,古迪納夫也沒有想到一個新事物,引起了他的注意,也改變了他的一生。

1970年的時候,出現了一種新型的,以金屬鋰為電極,儲能工具——鋰電池。惠廷漢姆以硫化鈦作為正極,鋰作為負極,成功研製出了一個鋰電池,在同樣的情況之下,他以前的常用電池,能夠儲存更多的電能,受到市場的青睞。

大家熟悉的“大哥大”式行動電話,就是採用這種電池。

可是這種電池,技術還不成熟,存在很大的安全隱患。鋰是一種非常活躍的金屬,甚至與氮氣都能發生反應,因此在生產的過程中,一旦有空氣進入,輕則電池報廢,重則會引起劇烈燃燒,甚至輕微的爆炸。

在這樣的情況之下,根本沒有辦法大規模生產,甚至應為頻繁發生事故,屢次被召回。

可是大家都知道,這種新型的電池,前景非常的好,因此很多的科學家都投入大量的進行研究,古迪納夫也不例外。

憑着以前固體物理的研究,古迪納夫發現了一種比較神奇的材料——鈷酸鋰。

鈷酸鋰是一種很神奇的晶體結構,如果打一個比喻來説,鈷酸鋰像一個漢堡包,鈷、氧原子是外面的兩層面包,而鋰就像中間的牛排,也就是説鋰很容易被抽離。在這樣的情況之下,鈷酸鋰完全可以取代鋰作為電池中鋰離子的提供者。

鈷酸鋰,結構十分的穩定,對空氣並不敏感,適於大批量生產,其次鈷酸鋰還可以提高電壓,從而給儲備更多的電能,提供了有利條件。

從1980年開始,古迪納夫就開始嘗試,用鈷酸鋰和石墨,研製出新型的鋰電池。由於體積小,儲電量更大,獲得市場的青睞。

古迪納夫的電池,解決了電池的安全問題,還大大地降低了成本,是電池技術的一次革命性突破。

1986年,古迪納夫回到美國,本來準備在德州養老,可是這個時候,他又發現了另一種新型的材料——磷酸鐵鋰。

鈷酸鋰雖然優勢很大,可是還是存在一個很大的缺點,鈷酸鋰的晶體結構很容易崩塌,就像我們上文中的舉例,牛排被抽出,兩片面包自然會合在一起,這樣的話鋰離子,無法歸為,就造成了電池整體性能衰竭,也就是儲存電能的能力大大的下降。

1997年,磷酸鐵鋰製作的電池,已經成為電子商品的主要組成部分,甚至後來電動車電池,也採用這種技術。磷酸鐵鋰不僅更加的安全,成本也十分的低廉,也為現代的電動汽車提供了非常重要的基礎。

然而這並不是古迪納夫最後的成果,無疑之中,他看到葡萄牙研究出一種新型的玻璃,對鋰有很好的傳導能力,並且穩定性極好,在這樣的情況之下,固態電池誕生了。

如今的社會,各行各業,各個角落,已經離不開鋰電池。他是目前最主要的可充電,便攜式能源。鋰電池、晶體管一起被電子產業,稱之為最偉大的發明。