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诺贝尔化学奖解读:锂电池,能源赛道上的接力长跑,还在继续

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发布时间:2019-11-07 20:02:54

新民晚报记者易蓉高阳

手机、笔记本电脑、新能源汽车,当我们习惯了身边这些“移动”电子设备时,它们更轻,寿命更长。昨天宣布的2019年诺贝尔化学奖带来了一个新的熟悉的视角——锂电池的发明和绿色能源革命仍在进行中。

约翰。美国奥斯汀得克萨斯大学教授古德托、宾汉姆顿纽约州立大学教授斯坦利·惠廷汉姆(Stanley Whittingham)和日本美州大学教授阿基拉·吉野(akira yoshino)都因在锂电池领域的杰出贡献获得诺贝尔奖。

三位2019年诺贝尔化学奖获得者。来源/诺贝尔奖官方网站

回顾他们的贡献,这是一个聚焦于能源的接力赛,科学家们,包括97岁的古德托,仍在努力寻找更可持续的未来。

摆脱对石油的依赖,“节约”电力

20世纪70年代初石油危机爆发时,如何摆脱石油燃料,解决能源危机是科学家前进的动力,引发了对电化学储能技术的广泛研究。其中包括发现过渡金属氧化物作为一种新的负极材料——威汀汉姆(Wittingham),该材料引入了可充电锂电池的第一个原型样品,发现了一种更合适的负极材料——Goodtoy,该材料可以使电池更安全并输出更多电能,锂电池性能的优化,以及与Goodtoy的合作,将学术成果转化为工业吉野阿基拉。

上海交通大学化学化工学院的马子峰教授既兴奋又“期待”获得三项大奖。今年1月,马子峰为旗舰国际学术期刊《生命PO 4的前世:从基础研究到工业应用》化学(chem)写了一篇文章,描述了锂离子电池从基础研究到商业应用的前世今生。其中提到了三位科学家的里程碑式贡献。马子峰教授认为,“三位科学家都解决了‘瓶颈’技术中的关键科学问题。他们在相关基础研究方面做出了巨大努力,通过与企业合作,提高了科研成果转化的效率,真正发挥了科研的意义。”

马子峰在化学旗舰期刊《化学》上写道,“生命周期4:从基础研究到工业应用”。对于面试对象图

“只要诺贝尔化学奖授予锂离子电池领域,就不能忽视这位老人(也就是说,今年已经97岁了)上海科技大学材料科学与技术学院教授米启兮告诉记者,“另外两位获奖者体现了诺贝尔奖评审团通常的标准:除了最重要的贡献者之外,他们还应该奖励那些“在黑暗中打开第一扇光明之门”的科学家。"

集体智慧与能源竞赛的长期接力

吉野·阿基拉曾经说过:“电池技术是一个复杂而困难的跨学科领域,它的发展需要许多领域的专家。在我看来,锂离子电池是集体智慧的结晶。”锂电池是科学家收集绿色能源的产物。新科诺奖的三位获奖者仍在这一领域工作。他们的研究为锂电池的发明和发展奠定了基础。这三个人都与中国科学家合作过。他们都去过中国。马子峰和魏韩婷一年见几次面。今年,他还应邀到上海和绍兴参加第十四届中美电动汽车和电池技术信息交流。

磷酸铁锂电池技术的发展。对于面试对象图

通向绿色能源是来自世界各地科学家的共同旅程,中国研究人员已经在他们中间进行了“接力”。“磷酸铁锂电池作为一种绿色二次电池,因其能量密度高、安全性好、循环寿命长,将在未来的电力和储能电池领域得到广泛应用。无论是电动交通工具(新能源汽车、轨道交通、物流车辆等)。)或智能电网储能系统,中国在磷酸铁锂电池应用的研发和生产方面一直走在世界前列。”马子峰教授说。自2002年以来,中国工程院院士、北京理工大学吴峰教授和马子峰教授领导了多个国家973项目。他们与比亚迪、宁德时报等企业,以及上海交通大学、北京理工大学、清华大学、复旦大学、南开大学和厦门大学的技术专家共同开发了动力锂电池材料和应用技术。目前,锂电池驱动的电动汽车和混合动力汽车的全球销量超过100万辆。马子峰团队完成了“磷酸铁锂动力电池制造应用过程中的关键技术”项目,获得2018年国家科技进步奖二等奖。

上海科技大学材料研究所的刘伟教授领导的研究小组,最近在锂离子电池电极材料方面取得了重要进展:该研究小组突破了传统电极结构,开发了一种结构紧凑、负载能力高、成本低的新型电极结构。她告诉记者,未来锂电池将向大规模储能发展。“锂电池将取代一些仍在电动汽车中使用的镍氢电池。更重要的是,新能源光伏发电和风力发电需要稳定的储能装置和高能量密度的锂离子电池来储存能量。”刘伟表示,目前的研究重点之一是在固态锂电池中用锂金属替代现有的石墨阳极,这可以将比容量提高约10倍。

最老的“领跑者”

古德是获得诺贝尔奖时年龄最大的科学家,但他每天都来实验室亲自带学生和指导研究团队。上海交通大学的特别研究员潘云翔,最受感动的是他参与了与古德教授团队在光电催化领域的合作研究。他形容自己对老人在科学研究和教学上的投资的热情是“难以置信的”。这位老人阅读文学作品,参加学术会议,与年轻的研究人员交流,一直活跃在科学研究的第一线,保持着对前沿科学的好奇心和研究精神潘云翔说:“他硬朗,比我们更细致,总能敏锐地发现问题。”

潘云翔也被这位老人严谨的学识所感动和感激。他不断改进科学研究,会抓住每一个可能引起怀疑的细节,并要求每个人都通过实验或理论验证。一次一支笔,老人总是选择以“更有效”和“更人道”的方式为来自遥远海洋的学生修改论文。合作期间,潘云翔和他的团队发表的论文发表在该领域的顶级期刊上,年轻的中国研究人员的名字和主要科学家一起出现在作者专栏(author column)。

古德伊尔被誉为“锂电池之父”,他的一生充满传奇色彩。他是二战老兵,也是芝加哥大学杨振宁物理系的同学。1957年,杨振宁和李政道分享了诺贝尔物理学奖。谁曾想到62年后,他的同学古德诺获得了诺贝尔化学奖。事实上,几十年来,他在锂电池领域一直是一个“足够好”的人(他的中文姓“足够好”)。尽管时间在流逝,他一直对科学很好奇。

有些人说有些人需要诺贝尔奖来给自己增光添彩,而有些人获得诺贝尔奖来给诺贝尔奖增光添彩。最老的科学家获奖时无疑属于后者!这位97岁的老人“足够好”,仍在寻找下一个超级电池。

编辑李政

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