諾貝爾化學獎表彰鋰離子電池研究,造就電動車以及充電世界可能

作者 | 發布日期 2019 年 10 月 09 日 19:20 | 分類 科技教育 , 能源科技 follow us in feedly


諾貝爾化學獎在今日 (10/9) 瑞典時間 11 :45 公布,表彰形塑人人帶著隨身電子裝置的時代,充電世界成為可能的鋰離子電池技術,總共由三位學者 John B. Goodenough、M. Staley Whittingham、吉野彰獲得今年 2019 年諾貝爾化學獎,並且平分獎金。其中 Goodenough 教授是史上最老的諾貝爾獎獲獎者,已經高齡 97 歲。

鋰離子電池的可能來自 1970 年代石油危機,紐約州立大學賓漢姆頓大學教授 M. Staley Whittingham 開始研究超導體,想要找出能夠造就免除石油依賴的新技術,最後發現有極佳豐富的金屬材質能夠勝任,從而用二硫化鈦當陰極,在分子層次當中,給予鋰離子鑲嵌的空間,造就 2 伏特的電壓。但可惜鋰金屬太貴了,導致鋰電池成本太高。

▲ 鋰在元素週期表中排序第三,電子相當容易脫離,變成帶正電的鋰離子。(Source:瑞典皇家學院)

▲ M. Staley Whittingham 設計的鋰電池採用二硫化鈦當陰極,能夠產生 2 伏特的電壓,但因為鋰金屬太貴而不具商業價值。(Source:瑞典皇家學院)

美國德州大學奧斯丁分校固態物理學者 John B. Goodenough 預測
電池陰極用金屬氧化物取代金屬硫化物,會提高電池的效率,到了1980年 Goodenough 發現新的材質氧化鈷,從原來 2 伏特電壓提高到 4 伏特電壓,造就鋰電池商用可能墊下關鍵一步。

▲ John B. Goodenough 預測陰級用金屬氧化物能提高電池效率,成功找出氧化鈷作為陰級材質,電壓提高到  4 伏特。(Source:瑞典皇家學院)

日本學者,旭化成研究員吉野彰接續 Goodenough 的研究成果,陰極採用金屬氧化物取代金屬硫化物,在 1985 年推出第一個商用地鋰離子電池。吉野彰在電池陽極捨棄反應性鋰,而是採用碳化合物石油焦,就像 Goodenough 設計的電池陰級採用的氧化鈷,陽極的石油焦能鑲嵌鋰離子。

▲ 吉野彰設計的鋰電池陽極採用石油焦,造就鋰電池具備商業價值,不久鋰電池成為隨身電子設備當中必備的元件。(Source:瑞典皇家學院)

1991 年日本電子廠開始販售鋰離子電池,手機不再被電池占滿大量空間,能夠縮小體積,而能夠帶出去使用而且有足夠電量的 MP3 撥放器以及平板,才有開發和銷售可能。

日本學者吉野彰跨洋連線到化學獎發布記者會接受記者訪問,說當初從 1981 年開始研究鋰離子電池,不大是因為想要賺錢,而是基於好奇心驅使而研究,這次很高興能夠獲獎。

▲ 來自美國與日本的三位學者因鋰離子電池研究獲得 2019 年諾貝爾化學獎。(Source:瑞典皇家學院)

大家關心諾貝爾獎年紀最大的得主 Goodenough 是否會出席頒獎典禮,瑞典皇家學院回答語帶保留說還不能確認。瑞典皇家學院說 Goodenough 仍在九十多歲的高齡下,每天持續進研究室,關注鋰電池技術新發展進度。

▲ 三位鋰離子電池研究者獲得 2019 年諾貝爾化學獎並且平分獎金。(Source:瑞典皇家學院)

瑞典皇家學院指出鋰電池技術造就遠離石油燃料的可能,而且是化學居中地位與物理、材料、工程等跨學科合作,現今看到越來越多的電動車取代燃料車就是證明。不過皇家學院坦言現今電池技術仍有改進空間,目標希望鋰電池能提供更高的電量。

今年化學獎三位得主各自在自己的崗位努力,造就現在的鋰離子電池驅動隨身電子裝備,三位學者的研究突破加總之後,才有現在街上看到的電動車,以及能夠隨時用隨身電源,維持人們功能強大的智慧型手機等裝置運作。

(首圖來源:瑞典皇家學院)