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锂电池是怎么一路走过来的?【图】

来源:二混子stone?编辑:admin??发布时间:2019-12-30 14:16:46??阅读数:

锂电池是怎么一路走过来的?今年的诺贝尔化学奖,颁给了一个老年天团,以此来奖励他们,对锂电池做出的贡献。

诺贝尔化学奖得主

说起锂电池,大家应该不陌生,它被广泛应用在生活的各个方面,甚至没它你都活不下去。

锂电池应用

所以获奖消息一出来,人们蓦然回首望向手机,忍不住发出感叹:

有很多小伙伴可能还不知道,这三位获奖者,主要有哪些成就?看起来平平无奇的锂电池,究竟牛在哪?不要急,接下来就为大家讲解锂电池的发展之路。

电池的原理

在了解电池之前,大家要先来说说原子。大家都知道,物质是由原子组成的,而原子是有原子核和电子组成的,它们俩的关系,就好像大爷遛鸟:

大爷遛鸟

那么鸟有多少只,要根据大爷的实力来定,有的大爷贼弱,比如氢原子,就只有一只鸟。

氢原子大爷遛鸟

而有的大爷实力强劲,比如氧原子,周围围着一堆鸟。

氧原子大爷遛鸟

大家发现没,这些鸟可不是瞎飞的,而是一层一层的飞。

一个稳定的原子结构,最外层的电子数一般是这样的:

原子结构最外层电子数

但是呢,世上哪有那么多稳定的事情,大部分时候,人生总是会出现各种幺蛾子,就比如:

于是,一个关于电池的故事就这么展开了…
 

话说,在一个电解质小区里,有两栋楼。

电解质小区

这时候,正极楼里的大爷乔装打扮一番,展开了诱惑大法。

正极向负极“求偶”

而负极楼里的电子被爱情冲昏了头脑,直接上演跑路戏码,不带一丝留恋。

正极吸引到负极电子

如果负极楼里面的电子组团一起跑,奇迹就出现了:

通电

所以这个故事告诉大家:

开个玩笑。这个故事,其实就是电池的原理,总结起来就是这样子的:

电池原理

利用正负极得失电子的原理,科学家们很早就发明出了电池,比如:

铅酸电池和镉镍电池

但是呢,这些电池有一些问题,比如:

电池缺点

于是大家又开始思考:能否发明出一种电池,又环保,又轻盈,战斗力又强,还很持久呢?

于是,锂电池登上了历史的舞台。

锂电池

简单来讲,获奖的这三位科学家,就是做了这些事:

三位科学家对锂电池的改革

咱们一个一个来看。

首先出场的科学家是斯坦利·惠廷厄姆,他千挑万选,最终选出一个角色登上C位——锂。

为啥要选它呢?大家来看一下它的结构:

锂结构

就像是这样:

锂电子

同时,锂又是最轻的金属,用来做电池材料,会使电池更加轻盈。

锂轻电意重

依靠着这些优势,锂成功当选了电池的负极材料。

于是电解质小区,便迎来了负极住宅楼,金属锂。

新住户金属锂

接下来的问题就成了:给它找个什么样的正极邻居呢?

金属锂找邻居

寻寻觅觅,斯坦利·惠廷厄姆最终宣布:

二硫化钛

二硫化钛有个优势:相比于金属锂,有着较高的电势。

二硫化钛比金属锂有较高的电势

正负极的电势相差越大,产生的电压就越大,于是,锂大爷的鸟儿们跑去二硫化钛家时,电压立马达到了2V。

锂电子跑去二硫化钛家

于是,锂电池诞生了。以下是锂电池充放电的过程:

锂电池充放电过程

轻便环保能充电,是不是还挺完美的?然鹅,这时候的锂电池,存在着两大问题:

锂电池两大问题

于是,另外获奖的两位科学家,就集中在这两个问题上,疯狂寻找对策。

首先出场的是约翰·古迪纳夫教授,人家的英文名字叫John.B.Goodenough,你们感受下。

“很不错”教授,先解决了电压不够猛的问题:他找啊找,找到了电势更高的正极材料钴氧化物,于是,电压飙到了4V:

锂电池电压飙到了4V

正极房子被替换后,科学家吉田彰又对电池的负极房子动了手脚:既然金属锂是个危房,随时要出大事,干脆拆掉!

拆掉金属锂危房

哈哈,主角当然要留着,吉田彰给住户锂大爷盖了一个更结实的房子,石油焦。

石油焦负极材料

然后故事的走向就变成了:大家和谐愉快的用爱发起了电。

和谐愉快发电

通过这件事,吉田彰教授给了大家一个启示:

当时,日本SONY企业率先在随身听设备上使用了锂离子电池,开启了电子消费设备的新时代。

在那之后,锂离子电池依然在发展,比如“很不错”教授又研究出了新的正极材料磷酸铁锂,进一步加强了电池的安全性。

锂离子电池安全性

这是目前电动汽车、电动大巴车、数据中心等所用电池的常用材料。

以上就是锂电池的发展之路,大家应该感谢这三位科学家,为锂电池的发展和应用开创了道路。其中,作为年龄最大的诺贝尔奖得主,已经是高领97岁的“很不错”教授,依然奋斗在研究的前线。电池的创新之路,依然还在继续。

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