在現代生活中，它們無(wú)處不在，不可或缺。體積小、重量輕、可充電：鋰離子電池在不到30年的時(shí)間里徹底改變了我們的世界。
周三，一項被大多數人視為理所當然的技術(shù)的創(chuàng )新者約翰·古登諾(John Goodenough)、斯坦利·惠廷漢姆(Stanley Whittingham)和吉野昭夫(Akira Yoshino)獲得了具聲望的化學(xué)獎項：諾貝爾獎。
“他們創(chuàng )造了一個(gè)可充電的世界，”授予該榮譽(yù)的瑞典皇家科學(xué)院(Royal Swedish Academy of Sciences)表示。
鋰電池發(fā)明有什么意義?
1991年才商業(yè)化的鋰離子電池，現在已經(jīng)為數以百萬(wàn)計的手機、筆記本電腦、平板電腦、照相機、助聽(tīng)器、起搏器、太陽(yáng)能電池板、摩托車(chē)、自行車(chē)甚至長(cháng)途電動(dòng)汽車(chē)提供了動(dòng)力。
“世界上超過(guò)三分之二的人口擁有移動(dòng)設備，無(wú)論是智能手機、筆記本電腦還是平板電腦，而且幾乎所有的設備都使用可充電鋰電池。劍橋大學(xué)材料科學(xué)與冶金系的保羅·科克森告訴法新社記者。
它們極大地提高了人類(lèi)的流動(dòng)性，使發(fā)展中國家的數百萬(wàn)人僅用一部手機就能上網(wǎng)獲取信息和服務(wù)。
鋰離子電池也減少了我們對導致地球變暖的化石燃料的依賴(lài)，尤其是在電動(dòng)汽車(chē)上。
此外，它們可以與太陽(yáng)或風(fēng)能等可再生但波動(dòng)的能源結合使用，捕獲和儲存能源供以后重復使用。
鋰離子電池是一個(gè)有價(jià)值的諾貝爾獎得主，畢竟它和諾貝爾的炸藥一樣，改變了世界。
“科學(xué)為人類(lèi)造福的實(shí)際應用；基礎科學(xué)直接掌握在你手中。”他說(shuō)。“我現在手里拿著(zhù)一部手機。”
改變了什么?
與19世紀中期發(fā)展起來(lái)的鉛酸電池不同，鋰離子電池是可充電的。
它們更小，更輕，更持久，可以被做得更強大。
物理化學(xué)教授、諾貝爾化學(xué)委員會(huì )成員薩拉·斯諾格魯普·林斯(Sara Snogerup Linse)說(shuō)，電動(dòng)汽車(chē)電池“不再重達2噸，而是300公斤”。
工作原理
當電池連接到電路時(shí)，帶電離子在電池內部移動(dòng)，通常是在化學(xué)溶液中，在兩個(gè)電極之間——陽(yáng)極和陰極。
化學(xué)反應發(fā)生在每一個(gè)電極上，在一端形成電子。電子試圖重新平衡，但無(wú)法通過(guò)電池，迫使它們通過(guò)電路，釋放電能。
該委員會(huì )的另一名成員奧洛夫拉姆斯特拉姆(Olof Ramstroem)表示，正極是由鋰的復合材料制成的。鋰是人類(lèi)已知的很輕的金屬，也是設計成功的關(guān)鍵。
“鋰具有如此巨大的吸引力，這意味著(zhù)你可以得到一個(gè)非常輕的電池，它體積小，功率大，效率高，”他在周三斯德哥爾摩的公告后說(shuō)。
“鋰是非?；顫姷?hellip;…這就是我們需要的——我們需要鋰的電子。這一切都是為了馴服它，把它放進(jìn)對我們非常有用的小電池盒里。”
不利的一面
去年7月發(fā)表在《自然》(Nature)雜志上的一篇文章警告稱(chēng)，用于鋰離子電池的鈷和鎳等原材料儲量稀少、價(jià)格昂貴，而且很快就會(huì )用完。
鋰存在于多種礦物、鹽或鹵水中，而電極的生產(chǎn)需要鈷和鎳等稀有金屬。
“40或50年前，我們未必能預測到鉭、銦等所有這些有趣的元素會(huì )變得非常重要。”他指出，這些礦物被發(fā)現的地方，尤其是南美洲，會(huì )對環(huán)境造成危害，并對基礎設施造成壓力。
“這對我們在道德上如何獲取這些資源造成了壓力。”
他補充說(shuō)，大量的廢棄鋰離子電池組件終會(huì )被填埋。它們經(jīng)常被運往回收設施，通常是在發(fā)展中國家，在那里它們被剝離成基本部件，可重復使用的部件被回收。
這是一個(gè)非常重要的環(huán)境挑戰，
布魯塞爾自由大學(xué)的電氣工程研究員Maeva Philippot補充說(shuō):“隨著(zhù)越來(lái)越多的電池壽命接近尾聲，回收將變得更加重要。”
展望未來(lái)
世界各地的科學(xué)家和工程師正在努力使鋰離子電池更小、更持久、充電更快、揮發(fā)性更低。
它們會(huì )過(guò)熱，有時(shí)甚至會(huì )爆炸，而且生產(chǎn)成本相對較高，尤其是由于鎳和鈷的成本較高。
菲利普波特說(shuō):“新的化學(xué)物質(zhì)將使我們能夠制造更小的電池。”
至于回收:“歐洲正在制定一項關(guān)于電池壽命的新指令，以及如何在其他設備上回收和再利用電池。
“例如，電動(dòng)汽車(chē)電池可以在家里儲存能量，并由太陽(yáng)能電池板充電?，F在有很多項目都在研究‘重新激活’或者電池的再利用。”
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