锂电池2019诺贝尔化学奖

导语:

10月9日消息,由瑞典皇家科学院宣布,年诺贝尔化学奖被德州大学奥斯汀分校教授JohnB.Goodenough(古迪纳夫),纽约州立大学宾汉姆顿分校教授M.StanleyWhittingham(斯坦利·惠廷汉姆),以及日本名城大学教授吉野彰摘得,他们被表彰在发明锂电池过程中做出的贡献。

电池的演变历史:

●电池的诞生

电池的诞生,基于人们对于获取持续而稳定的电流的需要。不过,发明电池的灵感是来源于意大利解剖学家伽伐尼一次青蛙的解部实验。伽伐尼认为,实验中出现的现象是因为动物躯体内部产生的一种电,他称之为生物电。

●第一个电池——伏特电堆

伽伐尼的发现引起了物理学家们的极大兴趣,年,伏特把一块锌板和一块银板浸在盐水里,发现连接两块金属的导线中有电流通过。于是,他通过多次实验成功制成了世界上第一个电池伏特电堆。

●湿电池与干电池

年,英国人赫勒森发明了最早的干电池。相对于液体电池而言,干电池的电解液为糊状,不会溢漏,便于携带,因此获得了广泛应用。但在干电池技术的不断发展过程中,新的问题又出现了。人们发现,干电池尽管使用方便,价格低廉,但用完即废,无法重新利用。于是,能够经过多次充电放电循环,反复使用的蓄电池成为新的方向。

●蓄电池

年,爱迪生发明可充电的铁镍电池,年可充电的铁镍电池商业化生产。如今,充电电池的种类越来越丰富,形式也越来越多样,从最早的铅蓄电池,铅晶蓄电池,到铁镍蓄电池以及银锌蓄电池,发展到铅酸蓄电池、太阳能电池以及锂电池等等。

大势所趋:

锂电池

锂离子电池是一种二次电池(充电电池),它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。

优点

1)电压高

单体电池的工作电压高达3.7-3.8V(磷酸铁锂的是3.2V),是Ni-Cd、Ni-MH电池的3倍。

2)比能量大

能达到的实际比能量为Wh/kg左右,即材料能达到mAh/g以上的比容量(3--4倍于Ni-Cd,2--3倍于Ni-MH),已接近于其理论值的约88%。

3)循环寿命长

一般均可达到次以上,甚至次以上,磷酸铁锂的可以达到次。对于小电流放电的电器,电池的使用期限,将倍增电器的竞争力。

4)安全性能好

无公害,无记忆效应.作为Li-ion前身

新型锂离子电池的锂电池,因金属锂易形成枝晶发生短路,缩减了其应用领域:Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素:部分工艺(如烧结式)的Ni-Cd电池存在的一大弊病为记忆效应,严重束缚电池的使用,但Li-ion根本不存在这方面的问题。

5)自放电小

室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为2%左右,大大低于Ni-Cd的25-30%,Ni-MH的30-35%。

6)快速充电

1C充电30分钟容量可以达到标称容量的80%以上,磷铁电池可以达到10分钟充电到标称容量的90%。

7)工作温度

工作温度为-25~45°C,随着电解液和正极的改进,期望能扩宽到-40~70°C。

缺点

衰老

与其它充电电池不同,锂离子电池的容量会缓慢衰退,与使用次数有关,也与温度有关。这种衰退的现象可以用容量减小表示,也可以用内阻升高表示。

因为与温度有关,所以在工作电流高的电子产品更容易体现。用钛酸锂取代石墨似乎可以延长寿命。储存温度与容量永久损失速度的关系:

回收率

大约有1%的出厂新品因种种原因需要回收。

不耐受过充

过充电时,过量嵌入的锂离子会永久固定于晶格中,无法再释放,可导致电池寿命短。

不耐受过放

过放电时,电极脱嵌过多锂离子,可导致晶格坍塌,从而缩短寿命。

应用领域:

随着二十世纪微电子技术的发展,小型化的设备日益增多,对电源提出了很高的要求。锂电池随之进入了大规模的实用阶段。

最早得以应用的是锂亚原电池,用于心脏起搏器中。由于锂亚电池的自放电率极低,放电电压十分平缓。使得起搏器植入人体长期使用成为可能。

锂锰电池一般有高于3.0伏的标称电压,更适合作集成电路电源,广泛用于计算机、计算器、手表中。

锂离子电池大量应用在手机、笔记本电脑、电动工具、电动车、路灯备用电源、航灯、家用小电器上,可以说是最大的应用群体。




转载请注明:http://www.180woai.com/afhhy/6096.html


冀ICP备2021022604号-10

当前时间: