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致敬:锂电池发明人获诺贝尔化学奖

[加入收藏]               日期:2019-10-11     来源:大蒸汽家    浏览:15    评论:0    
核心提示:说到电子烟设备当中的伟大发明,许多人可能首先想到“陶瓷芯”、“棉芯”或者“尼古丁盐”,因为这些颠覆性的技术,奠定了电子烟

说到电子烟设备当中的伟大发明,许多人可能首先想到“陶瓷芯”、“棉芯”或者“尼古丁盐”,因为这些颠覆性的技术,奠定了电子烟产品在“雾化口感”上的技术基础。

但是,如果要说真正能让电子烟普及的原因,除了雾化技术烟油技术的突破之外,最功不可没的,还包括了“锂电池”这项重大发明。因为有锂电池的升级与应用,电子烟才得以正式走进消费人群。

瑞典皇家科学院昨天宣布,将 3019 年诺贝尔化学奖授予德州大学奥斯汀分校教授 John B. Goodenough,纽约州立大学宾汉姆顿分校教授 M. Stanley Whittingham,以及日本名城大学教授吉野彰,以表彰他们在发明锂电池过程中做出的贡献。

这种轻巧、可充电,且性能强劲的电池今天早已与生活密不可分,被每一部智慧型手机、笔记本电脑、电子烟等电子设备所使用。它也能用于存储太阳能和风力发电,从而让构建一个零化石燃料使用的社会成为可能。锂电池还让长途电动汽车研发从想像成为实践,并用于可再生能源,以及新型电能的储存。

正是因为锂电池的发明,让科技更贴近民众的生活,不仅在通讯、工作、开展研究、听音乐和检索知识上,创造了非常大的便捷性,同时,它的“重复充电”也为电子烟产品创造了一个可循环再利用的世界。

锂电池的研发基础在 1970 年代的石油危机期间被构建起来。

当时,Stanley Whittingham 正致力于研制一种可以摆脱石油燃料的能源技术。他开始对超导体材料进行研究,并很快发现了一种极端富能的材料,他将这种材料用于制作锂电池的阴极。当时是使用二硫化钛制作的,在分子层面上,其内部空隙可以容纳锂离子。

然而,电池的正极部分由金属锂制成,有很强的释放电子驱动力。这就形成了一个具有巨大电势的电池。但金属锂是活性的,电池爆炸的风险太大,在商业上不可行。因此 John Goodenough 预测,如果用一种金属氧化物而不是金属硫化物来制造阴极,那么电池将具有更大的电势。

在经过一番系统的研究之后,1980 年,他证明了嵌入锂离子的氧化钴可以产生高达 4 伏特的电压。这是当年一个重要的突破,将为电能市场带来更强大的电池。与此同时,Stanley Whittingham 开发出了第一块可工作的锂电池时,他利用锂的巨大动力释放其外部电子。

紧接着,以 Goodenough 的阴极为基础,吉野彰在 1985 年发明了第一个商业上可行的锂离子电池。他没有在阳极使用活性锂,而是使用石油焦,这是一种碳材料,像阴极的钴氧化物一样,可以插入锂离子。

于是,研究者获得了一种重量轻且耐用的电池,在性能衰竭之前可以充电数百次。锂离子电池的优点是,它不是基于分解电极的化学反应,而是基于锂离子在正极和负极之间来回流动。

虽然开发锂电池的起初 3 年,吉野彰任职的旭化成工业销量很差,但随着日本不断推动 IT(信息科技),在1991 年后,锂电池已经彻底改变了全球民众的生活,为无线通讯和建立无化石燃料社会奠定了基础,也为日本带来了巨大的商业利益。

电子烟问世至今,无论是传统的大烟雾设备,还是现今流行的换弹式小烟等产品,通通离不开锂电池的技术应用。电子烟的出现,不仅改变了百年以来的烟草市场及消费习惯,同时也改变了烟草制造业的生态,而全新的电子烟行业供应链,更是与能源产业相辅相成。

拿掉“烟”这个字眼,电子烟其实就和其他行动装置产品一样,需要一颗微型电池来提供动能。电子烟结构主要涉及雾化器、电池、其他组件等。其中,锂电池主要采用圆柱或方形电池,占据电子烟结构成本 10% 至 30% 左右。

而小烟产品最起码需要具备 10C 高倍率放电性能,加热陶瓷雾化芯功率为 3A 电流,因此,为了满足快速充电、长循环寿命,以及满足国际通用最新安全性规范测试要求等,微型锂电池不外乎是最佳人选。目前市面上的电子烟产品几乎都采用锂离子电池。

锂电池带给电子烟行业庞大的生命力,让产品能够更贴近消费者生活,若是没有这项发明,那么电子烟也不可能在短短数年间,成为改变吸烟习惯的减害产品。

小小一根电子烟,却有着化学应用、新材料应用,以及科学应用的三方突破。虽然电子烟如今风波缠身,环境问题及健康风险仍待解决,但随着诺贝尔化学奖对锂电池发明的认可,新势力更觉得,电子烟作为近年来的伟大发明是当之无愧。


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(来源:大蒸汽家)
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