“锂电池”获诺奖:创造了一个更清洁的世界|新京报专栏

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发布时间:10-1016:20

锂离子电池的发明和应用,使得人们可以进入一个可持续发展并且更清洁的社会,因为锂离子电池奠定了无线、无化石燃料社会的基础。

▲2019年诺贝尔化学奖得主。图/诺贝尔奖官网

文 | 张田勘

当地时间10月9日,瑞典皇家科学院宣布,约翰·B·古迪纳夫(John B. Goodenough)、斯坦利·威廷汉(M.Stanley Whittingham) 和吉野彰(Akira Yoshino)三位科学家获得2019年诺贝尔化学奖,以表彰他们在“开发锂离子电池”上面作出的贡献。

三位科学家分别来自美英日,他们对锂电池做出了极为重要的工作。古迪纳夫将锂电池的潜力提高了一倍,为功能更强大、更有用的电池创造了合适条件;威廷汉在开发首个功能性锂电池时,利用了锂的巨大动力来释放其外部电子;吉野彰则成功从电池中去除了纯锂,取而代之的是比纯锂更安全的锂离子。

锂离子电池使人类进入更清洁的社会

锂离子电池是一种重量轻、可再充电,而且功能强大的电池,今天已经广泛应用于从手机到笔记本电脑和电动汽车的各个领域。而且,它还可以储存来自太阳能和风能的大量能源。

当全世界的人都使用以锂离子电池作为动力的电器和IT终端设备时,人们的生活势必会发生翻天覆地的变化。

这种改变的标志,其实就是让人类社会迈入生态文明的门槛。而这个时间段是以1991年索尼公司采用古迪纳夫理论而制作出的世界上第一款商用锂离子电池为节点之一。从此,手机、照相机、手持摄像机、笔记本电脑,乃至电动汽车等领域都步入了便携式新能源时代。

然而,锂离子电池最深远的意义,并不在使用的方便,而在于可持续和环保。前者在于可充电重复使用,后者在于使用锂离子电池后可减少化石燃料的使用,因而能够延缓全球变暖的步伐,树立起生态文明时代的坐标。

这个坐标又是以第四次工业革命作为支撑,而第四次工业革命是以石墨烯、基因、虚拟现实、量子信息技术、可控核聚变、清洁能源以及生物技术为突破口的工业革命。

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▲97岁获诺贝尔奖“锂电池之父”:希望我的研究再次改变世界。新京报我们视频出品

简言之,锂离子电池的发明和应用,使得人们可以进入一个可持续发展并且更清洁的社会,因为锂离子电池奠定了无线、无化石燃料社会的基础。

回收废锂离子电池是一个挑战

锂电池发明者获得诺贝尔化学奖也表明,能够造福于人类社会和自然环境的实用性成果,同样能获得诺贝尔奖的垂青。

正是因为有了古迪纳夫的理论和其发明的锂电池中的重要部件——钴氧化物阴极(钴酸锂,现在全世界的便携电子设备都采用这种阴极),以及威廷汉、吉野彰的锂离子电池的实用性研发,才让锂离子电池成为千家万户都在使用的平凡、廉价和实用的能源动力。

锂离子电池的获奖也表明,现代科研成果既需要多学科合作,还需要逐步完善。

电池技术是一个复杂又艰难的交叉学科领域。吉野彰尽管在攻克锂离子电池时找到了合适的阳极材料,但一直找不到合适的阴极材料。他读到了古迪纳夫的论文受到启发,认定钴酸锂是最好的阴极材料,能把现有的锂镉电池的重量缩减三分之一。

由此,吉野彰设计的锂离子电池以碳基材料为阳极,以钴酸锂为阴极,完全去除电池中的金属锂,大大提高了安全性,并由此确立了锂离子电池的基本概念和技术范式。

在锂离子电池获得2019年诺贝尔化学奖时,也传来了更多关于这一电池的好消息。根据彭博新能源财经公司的最新预测,随着锂离子电池价格的持续下降,以及可再生能源发电量的日益增长,预计到2040年,全球部署的储能系统的累计容量将达到2857亿瓦小时(GWh)。

随着全球可再生能源和清洁能源使用量的迅速增长,基于锂离子电池的储能应用还会越来越广泛。

但同时,锂离子电池的广泛使用也提出了另一个挑战,如何回收废弃的锂离子电池。如果处理不当,其反而会污染环境。

锂离子电池具有化学和电气双重风险,目前被归类为第9类危险品。

目前废弃锂离子电池通常来自手机、笔记本电脑和其他电子产品,而且常与其他类型的电池混杂在一起。此外,市场上的锂离子电池至少存在14种不同类型的阴极材料,对回收、储存和运输都提出了重大挑战,需要更为安全的技术和操作。

只有解决了锂离子电池在回收方面的可扩展性、低成本、安全性和环境可持续性,才可能从碳基经济向可持续能源转型,并减少化石燃料的使用和大量减少温室气体排放。

另一方面,目前的锂离子电池所装备的电动汽车,还无法与烧化石燃料的传统内燃机汽车竞争,尤其是价格。因此,还需要在锂离子电池的基础上研发出超级电池。或许这也是2019年诺贝尔化学奖对锂离子电池研究的一种驱动吧。

□张田勘(专栏作者)

编辑:李冰冰 校对:李项玲

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