2019年诺贝尔化学奖揭晓,这三位科学家因发明“锂电池”获奖


发布时间:2019-10-10 浏览量 43 views
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2019年诺贝尔化学奖刚刚揭晓。瑞典皇家科学院宣布,授John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham和Akira Yoshino三位科学家2019年诺贝尔化学奖。瑞典皇家科学院表示,这对他们在锂离子电池方面做出的贡献进行表彰。
 

获奖原因为:“他们创造了一个可充电的世界”。

当前,锂离子电池在全球范围内用于为便携式电子设备供电,我们使用这些便携式电子设备进行通讯,工作,学习,听音乐和寻找知识。锂电池还促进了远程电动汽车的开发以及来自可再生能源(例如太阳能和风能)的能量存储。现在,这种轻巧,可充电且功能强大的电池已用于从手机到笔记本电脑和电动车的所有产品。它还可以存储来自太阳能和风能的大量能量,从而使无化石燃料社会成为可能。

三位科学家是如何共同“发明”锂电池的?

据诺贝尔奖官网介绍,锂离子电池的基础是在1970年代的石油危机期间奠定的。Stanley Whittingham致力于开发可能导致无化石燃料的能源技术的方法。他开始研究超导体,并发现了一种能量非常丰富的材料,他将其用于在锂电池中创建创新的阴极。它是由二硫化钛制成的,该二硫化钛在分子水平上具有可以容纳(嵌入)锂离子的空间。电池的阳极部分由金属锂制成,金属锂具有强烈的释放电子的动力。这产生了一个电池,实际上具有很大的潜力,刚好超过2伏。但是,金属锂具有反应性,电池爆炸性太大,无法使用。

John Goodenough预测,如果使用金属氧化物而不是金属硫化物制成阴极,则阴极将具有更大的潜力。经过系统的搜索,他在1980年证明了嵌入了锂离子的氧化钴可以产生多达4伏的电压。这是一项重要的突破,将带来更强大的电池。

吉野彰(Akira Yoshino)以Goodenough的阴极为基础,于1985年创建了首个商业上可行的锂离子电池。他没有在阳极中使用反应性锂,而是使用了石油焦炭,这种碳材料像阴极的氧化钴一样可以嵌入锂离子中。 结果是重量轻,坚固耐用的电池,在其性能下降之前可以充电数百次。锂离子电池的优点在于,它们不是基于分解电极的化学反应,而是基于锂离子在阳极和阴极之间来回流动。

总之,自从1991年首次进入市场以来,锂离子电池就彻底改变了我们的生活。诺奖官网表示,“它们奠定了无线、无化石燃料社会的基础,极大地推动了人类的发展。”

神奇的诺贝尔化学奖:有人屡受眷顾,有人抱憾错失

诺贝尔奖的创立者瑞典人阿尔弗雷德·诺贝尔本人就是一名化学家,曾发明硝化甘油炸药。按照他的遗嘱,诺贝尔化学奖旨在颁给化学方面有重要发现和取得重大成果的人。

自1901年以来,诺贝尔化学奖共颁发了110次。因受二战影响和秉着“宁缺毋滥”的原则,化学奖有8年没有颁发。截至2018年,共有180人获得诺贝尔化学奖。

从以往诺贝尔化学奖得主的名单可以看出,不少获奖者的获奖成就并非出自传统的化学研究,而是涉及生物学、物理学等多重学科,因此诺贝尔化学奖也被调侃为“理科综合奖”。如,1908年,英国物理学家卢瑟福因“对元素蜕变以及放射化学的研究”,荣获诺贝尔化学奖。

不少科学家一直渴望以自己的科研成果获得诺贝尔奖殊荣,但很多人一生都没有等到这种机会,比如指出元素周期表的俄国化学家门捷列夫。

1869年,门捷列夫制定出元素周期表,它是宇宙的基本规律之一,也为人类认识自然提供了一把刻度精准的尺子。1906年,门捷列夫获得诺贝尔化学奖提名。但由于一部分评委认为“难以评价元素周期表在理论上由谁发现”,门捷列夫以一票之差,输给了制备出单质氟的法国化学家莫瓦桑。第二年,门捷列夫就因病逝世了。

相比于门捷列夫的遗憾,命运似乎格外眷顾居里夫人。她不仅两度摘得桂冠,其家人也多次登上诺奖的领奖台。1903年,居里夫妇因对放射性的研究,共同获得诺贝尔物理学奖。8年后,她再把化学奖收入囊中,由此成为世界上第一个两获诺贝尔奖的科学家。居里家族的“夫妻档”不止有一对。1935年,居里夫人的长女伊雷娜和丈夫因合成新的放射性核素,共同获得了诺贝尔化学奖。

不少诺贝尔化学奖成果已惠及你我生活

诺贝尔化学奖虽然看上去“高大上”,但其研究成果并不“高冷”。百余年来,不少诺奖成果已经惠及你我生活。

每到夜晚,五颜六色的霓虹灯就会点亮城市。霓虹灯是靠充入玻璃管内的低压惰性气体,在高压电场下冷阴极辉光放电而发光。1904年,拉姆赛因发现6种惰性气体,并确定它们在元素周期表中的位置获得诺贝尔化学奖。

我们都熟悉,心脏、大脑、骨骼……这些都可以通过核磁共振成像观察到细节,从而可以帮助医生做出诊断。恩斯特因在核磁共振成像方面的巨大贡献,获得了1991年的诺贝尔化学奖。

DNA(脱氧核糖核酸)早已是个热词,它可组成遗传指令,记录包括人类在内所有动物最神秘的“密码”。三位科学家因发现DNA的双螺旋结构,获得了2009年诺贝尔化学奖。如今,基因治疗、基因育种已经在许多领域得到应用。

1995年诺贝尔化学奖授予保罗·克拉兹、马里奥·莫林和舍伍德·罗兰,表彰他们在平流层臭氧化学研究领域所做出的贡献,特别是提出了平流层臭氧受人类活动的影响问题。他们的研究引起了世界各国对臭氧层的关注,促使国际上对保护臭氧层问题及时采取了一致的行动。减少氟排放成为共识。如今我们生活中使用的冰箱很多就已经是无氟冰箱。
 

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        文章来源: 材料与测试,于 2019-10-10,由 找我测 编辑发表 。

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