2019-10-10 05:59:02
锂离子电池科学直接进入您的手中

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它们无所不在,对于现代生活至关重要。体积小,重量轻,可充电:锂离子电池在不到三十年的时间里改变了我们的世界。

周三,大多数人理所当然地认为这项技术的发明者约翰·古德诺(John Goodenough),斯坦利·惠廷汉姆(Stanley Whittingham)和吉野彰(Akira Yoshino)都获得了最负盛名的化学奖项:诺贝尔奖。

瑞典皇家科学院说:“他们创造了一个可充电的世界。”

有什么大不了的?

锂离子电池仅在1991年才商业化,现在为数百万个手机,笔记本电脑,平板电脑,相机,助听器,起搏器,太阳能电池板,踏板车,自行车甚至长途电动汽车供电。

“世界上三分之二的人口拥有移动设备,无论是智能手机,笔记本电脑还是平板电脑,几乎全部由可充电锂离子电池供电。它们是移动时代的隐性工具,” University of Paul剑桥大学材料科学与冶金学系告诉法新社。

它们极大地促进了人类的流动性,并允许数以百万计的发展中国家仅通过手机即可在线访问信息和服务。

锂离子电池还减少了我们对变暖的化石燃料的依赖,尤其是在电动汽车中。

此外,它们可以与可再生但波动的能源(例如太阳或风)结合使用,捕获和存储能量以供以后重复使用。

对于Coxon来说,锂离子电池是值得诺贝尔奖的获得者,因为它是享有盛誉的奖项的源头。

他说:“科学的实际应用造福人类;基础科学直接掌握在您的手中。” “我现在字面上拿着手机。”

发生了什么变化?

与19世纪中叶开发的铅酸电池不同,锂离子电池可充电。

它们更小,更轻,使用寿命更长,并且可以变得更强大。

物理化学教授,诺贝尔化学委员会成员Sara Snogerup Linse说,电动汽车电池“不再重2吨,而是300千克(660磅)”。

它们如何工作?

当电池连接到电路时,带电的离子通常在化学溶液中在电池内部移动,在两个电极(阳极和阴极)之间。

在每个电极上都会发生化学反应,从而在一端产生电子积聚。电子试图重新平衡,但不能通过电池移动,从而迫使它们在电路中移动,从而释放出电能。

委员会成员奥洛夫·拉姆斯特罗姆(Olof Ramstroem)表示,正极由锂复合材料制成,锂是人类已知的最轻的金属,也是设计成功的关键。

他在斯德哥尔摩星期三宣布后说:“锂具有如此巨大的吸引力,这意味着您可以得到一种重量轻,体积小,功率高,效率高的电池。”

“锂的反应性很强……这是我们所需要的-我们需要锂中的电子。这全部是为了设法驯服并将其装入对我们真正有用的小型电池包装中。”

不足之处

去年7月发表在《自然》杂志上的一篇文章警告说,锂离子电池中所用的原材料(例如钴和镍)的储备稀缺,昂贵且很快用完。

锂存在于多种矿物质,盐或盐水中,而电极的生产则需要钴和镍等稀有金属。

考克森指出:“我们不一定能预测40或50年前钽,铟以及所有这些有趣的元素将变得非常重要。”他指出,环境危害和矿藏所在地对基础设施的压力很大,尤其是在南美。

“这给我们在道德上寻求这些资源的方式施加了压力。”

他补充说,大量废锂离子电池组件最终会进入垃圾填埋场。它们经常被运到通常在发展中国家的回收设施,在那里它们被剥离到其基础部分,并且将可再利用的钻头回收。

“这是一个非常重要的环境挑战,” Coxon说。

布鲁塞尔Vrije大学的电气工程研究员Maeva Philippot补充说:“随着越来越多的电池寿命将尽,回收利用将变得越来越重要。”

展望未来

世界各地的科学家和工程师都在努力使锂离子电池更小,更持久,充电更快,挥发更少。

已知它们会过热甚至有时爆炸,并且生产起来相对昂贵,特别是由于镍和钴的高昂成本。

菲利普波特说:“即将出现的新化学物质将使我们能够制造出更小的电池。”

关于回收:“欧洲正在为电池寿命终止制定新指令,以及如何在其他设备中回收和再利用电池。

“例如,电动汽车电池可以在家中用来存储能量,并通过太阳能电池板充电。有许多项目致力于“二次生命”或电池的再利用。”

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