【快訊】一充二充三充,你再也離不開的科技:鋰電池──2019 年諾貝爾化學獎

2019 諾貝爾化學獎頒給了 John B. Goodenough、M. Stanley Whittingham、吉野彰 ,因為他們發明了鋰電池,創造了一個可以反覆充電的世界。

2019 年的化學獎由三人共同獲得,他們發明了鋰電池。圖/nobelprize

石油危機怎麼辦?那就換種電池吧!

鋰電池這種質量輕盈又可以反覆充電的電池,現在的應用面向非常廣泛,舉凡我們日常使用的手機、筆電和各式各樣電子產品。鋰電池可以存下非常大量來自太陽能、風力發電而來的能量,使得我們有可能再也不需仰賴化石燃料。

鋰電池的發明源於 1970 年代的石油危機。當時,Stanley Whittingham 嘗試找出方法,讓人們可以不再依賴化石燃料。他開始研究超導體,而後發現了一種蘊含了很多能量的原料,他將其用於鋰電池中,以創新的方式創造陰極。這種材料是由二硫化鈦所製成的,在分子大小時,具有可以容納、嵌入鋰離子的空間。

直接用鋰會爆炸!怎麼辦呢?

起初的設計陽極是由具有強反應性的金屬鋰製成,有很高的電位,足以超過 2 伏特。但也由於金屬鋰的活性太高,會讓電池太容易爆炸、無法使用。

John Goodenough 提出預測,電池陰極如果使用金屬氧化物取代硫化物,應足以達到更佳的電位。在經過一系列的研究之後,1980 年他證明了,若將嵌入鋰離子的氧化鈷(鈷酸鋰,LiCoO2)作為陰極,可以產生高達 4 伏特的電壓。這個重要的突破引出後來更有效的電池。

以Goodenough的催化反應為基礎,吉野彰則在 1985 年研發出商業可行的鋰電池。他使用以碳基材料石油焦 (Petroleum coke) 為原料的石墨作為陽極,取代金屬鋰的使用。

直接用鋰會易燃易爆炸啊!住手!圖/pixabay

輕薄電池誕生!多次充電新世界

可別小看電池,它們可是大大改變了我們的生活!圖/wikipedia

最後,他們便創造出了這種輕巧耐磨,又可以在性能降低前充電上百次的電池。鋰離子的好處在於,它們的原理並不是利用分離電極的化學反應來供電,而是利用鋰離子在陽極和陰極之間來回流動。

總而言之,鋰離子電池自從 1991 年進入市場後,便大幅改善了我們的生活,也為未來無線、無化石燃料的世界打下了重要的基礎,可說是造福人類的一項重要發明。


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