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      鋰電池是怎么一路走過來的?【圖】

      來源:二混子stone?作者:admin??發布時間:2019-12-30 14:16:46??閱讀數:

      鋰電池是怎么一路走過來的?今年的諾貝爾化學獎,頒給了一個老年天團,以此來獎勵他們,對鋰電池做出的貢獻。

      諾貝爾化學獎得主

      說起鋰電池,大家應該不陌生,它被廣泛應用在生活的各個方面,甚至沒它你都活不下去。

      鋰電池應用

      所以獲獎消息一出來,人們驀然回首望向手機,忍不住發出感嘆:

      有很多小伙伴可能還不知道,這三位獲獎者,主要有哪些成就?看起來平平無奇的鋰電池,究竟牛在哪?不要急,接下來就為大家講解鋰電池的發展之路。

      電池的原理

      在了解電池之前,我們要先來說說原子。大家都知道,物質是由原子組成的,而原子是有原子核和電子組成的,它們倆的關系,就好像大爺遛鳥:

      大爺遛鳥

      那么鳥有多少只,要根據大爺的實力來定,有的大爺賊弱,比如氫原子,就只有一只鳥。

      氫原子大爺遛鳥

      而有的大爺實力強勁,比如氧原子,周圍圍著一堆鳥。

      氧原子大爺遛鳥

      大家發現沒,這些鳥可不是瞎飛的,而是一層一層的飛。

      一個穩定的原子結構,最外層的電子數一般是這樣的:

      原子結構最外層電子數

      但是呢,世上哪有那么多穩定的事情,大部分時候,人生總是會出現各種幺蛾子,就比如:

      于是,一個關于電池的故事就這么展開了…
       

      話說,在一個電解質小區里,有兩棟樓。

      電解質小區

      這時候,正極樓里的大爺喬裝打扮一番,展開了誘惑大法。

      正極向負極“求偶”

      而負極樓里的電子被愛情沖昏了頭腦,直接上演跑路戲碼,不帶一絲留戀。

      正極吸引到負極電子

      如果負極樓里面的電子組團一起跑,奇跡就出現了:

      通電

      所以這個故事告訴我們:

      開個玩笑。這個故事,其實就是電池的原理,總結起來就是這樣子的:

      電池原理

      利用正負極得失電子的原理,科學家們很早就發明出了電池,比如:

      鉛酸電池和鎘鎳電池

      但是呢,這些電池有一些問題,比如:

      電池缺點

      于是大家又開始思考:能否發明出一種電池,又環保,又輕盈,戰斗力又強,還很持久呢?

      于是,鋰電池登上了歷史的舞臺。

      鋰電池

      簡單來講,獲獎的這三位科學家,就是做了這些事:

      三位科學家對鋰電池的改革

      咱們一個一個來看。

      首先出場的科學家是斯坦利·惠廷厄姆,他千挑萬選,最終選出一個角色登上C位——鋰。

      為啥要選它呢?我們來看一下它的結構:

      鋰結構

      就像是這樣:

      鋰電子

      同時,鋰又是最輕的金屬,用來做電池材料,會使電池更加輕盈。

      鋰輕電意重

      依靠著這些優勢,鋰成功當選了電池的負極材料。

      于是電解質小區,便迎來了負極住宅樓,金屬鋰。

      新住戶金屬鋰

      接下來的問題就成了:給它找個什么樣的正極鄰居呢?

      金屬鋰找鄰居

      尋尋覓覓,斯坦利·惠廷厄姆最終宣布:

      二硫化鈦

      二硫化鈦有個優勢:相比于金屬鋰,有著較高的電勢。

      二硫化鈦比金屬鋰有較高的電勢

      正負極的電勢相差越大,產生的電壓就越大,于是,鋰大爺的鳥兒們跑去二硫化鈦家時,電壓立馬達到了2V。

      鋰電子跑去二硫化鈦家

      于是,鋰電池誕生了。以下是鋰電池充放電的過程:

      鋰電池充放電過程

      輕便環保能充電,是不是還挺完美的?然鵝,這時候的鋰電池,存在著兩大問題:

      鋰電池兩大問題

      于是,另外獲獎的兩位科學家,就集中在這兩個問題上,瘋狂尋找對策。

      首先出場的是約翰·古迪納夫教授,人家的英文名字叫John.B.Goodenough,你們感受下。

      “很不錯”教授,先解決了電壓不夠猛的問題:他找啊找,找到了電勢更高的正極材料鈷氧化物,于是,電壓飆到了4V:

      鋰電池電壓飆到了4V

      正極房子被替換后,科學家吉田彰又對電池的負極房子動了手腳:既然金屬鋰是個危房,隨時要出大事,干脆拆掉!

      拆掉金屬鋰危房

      哈哈,主角當然要留著,吉田彰給住戶鋰大爺蓋了一個更結實的房子,石油焦。

      石油焦負極材料

      然后故事的走向就變成了:大家和諧愉快的用愛發起了電。

      和諧愉快發電

      通過這件事,吉田彰教授給了我們一個啟示:

      當時,日本索尼公司率先在隨身聽設備上使用了鋰離子電池,開啟了電子消費設備的新時代。

      在那之后,鋰離子電池依然在發展,比如“很不錯”教授又研究出了新的正極材料磷酸鐵鋰,進一步加強了電池的安全性。

      鋰離子電池安全性

      這是目前電動汽車、電動大巴車、數據中心等所用電池的常用材料。

      以上就是鋰電池的發展之路,我們應該感謝這三位科學家,為鋰電池的發展和應用開創了道路。其中,作為年齡最大的諾貝爾獎得主,已經是高領97歲的“很不錯”教授,依然奮斗在研究的前線。電池的創新之路,依然還在繼續。

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