鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1512次 | 2021年08月25日
鋰離子電池研發(fā)為什么能獲諾貝爾獎(jiǎng)?
2019年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者公布,日本學(xué)者吉野彰及另兩位英美學(xué)者因?yàn)閷?duì)研發(fā)鋰離子電池貢獻(xiàn)卓著,共同榮獲2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。今天,筆者跟大家一起聊聊"鋰離子電池"的前世今生以及為甚么能獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
鋰離子電池的前世今生
鋰離子電池的誕生要從發(fā)現(xiàn)"鋰"元素開(kāi)始,1817年,瑞典化學(xué)家化學(xué)首次將鋰從一個(gè)瑞典小島的礦石樣本中提取出來(lái)。鋰這個(gè)名稱還是從希臘語(yǔ)中的石頭、石子中獲得的靈感從而命名,雖然聽(tīng)起來(lái)很"重",實(shí)際上"鋰"是目前已知的最輕的固體元素。
鋰元素在化學(xué)周期表中的位置
化學(xué)周期表大家在中學(xué)時(shí)代想必是背的滾瓜爛熟,從化學(xué)周期表中可以得知,鋰的相對(duì)原子質(zhì)量為6.94,屬于第一族或第二周期,是已知元素(包括放射性元素)中金屬活動(dòng)性最強(qiáng)。上高中的時(shí)候老師都做過(guò)一個(gè)試驗(yàn),把一塊鋰扔在水里或者暴漏在空氣中都會(huì)迅速燃燒。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
鋰遇水燃燒
鋰在空氣中燃燒
鋰元素如此的不穩(wěn)定,怎么變成當(dāng)代生活中不可缺少的鋰離子電池呢?
要想成為好的能量載體,就要以盡可能小的體積和重量,存儲(chǔ)和搬運(yùn)更多的能量。從鋰元素?fù)u身一變成為鋰離子電池,正是源于鋰離子電池的三大特性
1:鋰原子相對(duì)質(zhì)量小
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
2:得失電子能力強(qiáng)
3:電子轉(zhuǎn)移比例高
這三點(diǎn)大家可以在元素周期表中得出結(jié)論,元素周期表上面的元素比下面的元素要好,左邊的元素比右邊的元素要好。當(dāng)然這時(shí)候肯定會(huì)有人說(shuō),按你說(shuō)的氫元素不應(yīng)當(dāng)是最佳能量載體么?當(dāng)然,我不否認(rèn),氫元素是自然界最好的能量載體,要不然為何氫燃料動(dòng)力電池的研究一直方興未艾呢,氫元素只能說(shuō)是將來(lái)的發(fā)展前沿,今朝的技術(shù)還不成熟。
所以選擇鋰元素來(lái)做電池,是基于地球當(dāng)前的所有元素中,我們能夠找到的相對(duì)優(yōu)解。
鋰離子電池為甚么能獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)
講完了"鋰"的前世今生,相比大家也都了解了一些鋰元素能夠成為現(xiàn)當(dāng)代最佳電池選擇的原由了。下面跟大家聊聊,鋰離子電池為甚么能獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
鋰離子電池所具備的優(yōu)勢(shì)(以手機(jī)和電動(dòng)汽車分解)
1、能量高。小尺寸大容量,以手機(jī)為例,手機(jī)電池如此小的尺寸卻能夠儲(chǔ)存4000mAh的大容量。
2、使用壽命長(zhǎng),手機(jī)每晚都要充電,充放電次數(shù)非常多,但是鋰離子電池能夠?qū)崿F(xiàn)超過(guò)幾千次的充放電。
3、額定電壓高,單體工作電壓為3.7V或3.2V,適合小電器的使用。
4、具備高功率承受力,磷酸亞鐵鋰鋰離子電池可以達(dá)到15-30C充放電的能力,便于電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的啟動(dòng)加速,這也是為何電動(dòng)汽車百米加速一般都很快的原由。
5、自放電率很低,一般可做到1%/月以下,手機(jī)關(guān)機(jī)情況下,很長(zhǎng)時(shí)間還會(huì)有電量。
6、重量輕,能夠讓手機(jī)更易攜帶,能夠讓電動(dòng)汽車更輕更快。
7、高低溫適應(yīng)性強(qiáng),可以在-20℃--60℃的環(huán)境下使用,基本符合我們的生活溫度(這也是為何在東北零下30°的時(shí)候手機(jī)才會(huì)凍關(guān)機(jī))
基于這7個(gè)優(yōu)勢(shì),鋰離子電池在生活中才能夠如此的普及。特斯拉這樣的電動(dòng)汽車大拿就是憑借鋰離子電池制造出環(huán)保的汽車,電池廠商憑借鋰離子電池將設(shè)備便攜化。
而諾貝爾獎(jiǎng)創(chuàng)立的目的就是授予世界上在物理、化學(xué)、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)、文學(xué)、和平、經(jīng)濟(jì)學(xué)六個(gè)范疇對(duì)人類做出最重大貢獻(xiàn)的人。
現(xiàn)如今,我們能攜帶一個(gè)重量不足150g的手機(jī)出門逛街,鋰離子電池對(duì)人類做出的貢獻(xiàn)還小么?
寫(xiě)在最后
鋰離子電池并不完美,拿手機(jī)設(shè)備來(lái)說(shuō),目前鋰離子電池的體積已經(jīng)壓縮到極致,在手機(jī)這個(gè)寸土寸金的微小空間里,要怎么樣做到小體積大容量,什么時(shí)候能實(shí)現(xiàn)手機(jī)一月一充,這都會(huì)在將來(lái)一一處理,假如核裂變技術(shù)在將來(lái)幾十年能夠取得重大沖破,可以做到小型化甚至微型化,那么便攜式的核燃料動(dòng)力電池將會(huì)有廣闊的發(fā)展空間。
但是不可否認(rèn),鋰離子電池在化學(xué)范疇的的確確為人類做出了巨大貢獻(xiàn),并且鋰離子電池今朝仍是便攜式電池中的最佳選擇。。