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【諾貝爾化學獎】鋰電池先驅 3學者奪化學獎


[2019-10-09] - 7392人點閱
        現代人生活離不開手機、平板電腦及相機等電子器材,但如果沒有了背後為這些設備發電的鋰離子電池,世界可能會不一樣。瑞典皇家科學院昨日公佈,3名分別來自美國和日本的科學家,憑研發鋰離子電池,共同奪得本年度諾貝爾化學獎,評委讚揚鋰離子電池輕盈及可多次充電,為可再生能源打開大門。
         3名得獎科學家分別是英國出生的美國紐約州立大學賓漢頓分校教授惠廷厄姆、德國出生的美國得州大學奧斯汀分校教授古迪納夫,以及日本名城大學教授吉野彰,他們將平分900萬瑞典克朗(約713萬港元)獎金。
1970年代全球爆發石油危機,激發能源業界積極研究新能源,其中埃克森僱用大批科學家,期望開發無需運用石油的能源。作為受僱科學家之一的惠廷厄姆,研發導電能力極強的超導體,其中一項是可嵌入離子的硫化鉭。
        早期實驗易短路爆炸
        惠廷厄姆研究期間發現,硫化鉭與鉀離子互動時,可產生多達2V(伏特)電力,較當時的電池強得多。惠廷厄姆隨即想到運用硫化物儲存電力,不久後製成首枚實驗式鋰離子電池,以比硫化鉭輕的硫化鈦作為陰極材料,陽極則是鋰金屬,兩者之間則是電解液。由於鋰金屬有釋放電子的傾向,成為鋰離子,鋰離子此後便會從陽極,移向並嵌入陰極。當電池充電時,鋰離子則會從陰極,重新移向陽極,使電池得以重用。
       不過,鋰屬於非常活潑的金屬,即使置於常溫常態,也會跟空氣產生化學反應,鋰離子電池多次充電後則會產生晶鬚,當晶鬚觸及陰極,便會使電池短路爆炸,實驗室因此多次發生火警。惠廷厄姆後來在電池加入一塊鋁屏障,才解決短路問題。
        日學者開啟商業應用
        古迪納夫其後發現可用氧化物取代硫化物,作為電池陰極,1980年研發出改良版鋰離子電池,以氧化鈷作陰極,成功把電池產生的電量由2V倍增至約4V。
        1980年代油價回落,歐美能源企業對鋰離子電池的興趣逐漸下降,研究鋰離子電池的重心逐漸移至日本。吉野彰基於惠廷厄姆和古迪納夫的研究基礎,試用較穩定的石油焦作為陽極材料,陰極則繼續由氧化鈷製成,並事先把石油焦充電,以注入鋰離子,1985年成功造出新一代鋰離子電池。
         吉野彰研發的鋰離子電池沒有純鋰金屬,大大減低爆炸風險,1991年終於投入商業生產。1995年微軟推出Windows 95作業系統,帶動手提電腦風行,鋰離子電池技術正式在電子業廣泛應用,影響及至今日。
        評審讚:無線通訊基石
        另外,由於鋰離子電池可儲存大量能量,故可用作輔助太陽能和風能等再生能源,儲存後者發電產生的電力,協助全球走出依賴化石燃料。近年逐漸興起的電動車也是運用鋰離子電池充電,可見鋰離子電池研發對人類環保貢獻良多。評審形容鋰離子電池是現今無線通訊和可再生能源的基石,為人類帶來極大裨益。■綜合報道


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