Chemie-Nobelpreis Geht zu Lithium-Ionen-Batterien, Auch Wenn Sie Manchmal Explodieren

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A schematic of a lithium-ion battery. Eine schematische Darstellung einer lithium-Ionen-Akku.Grafik: Johan Jarnestad/Die königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften

Die Nobel-Stiftung ausgezeichnet Wissenschaftler John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham, und Akira Yoshino den Nobelpreis in Chemie für Ihre arbeiten die Entwicklung von lithium-Ionen-Batterien.

Batterien sind über hundert Jahre alt, aber, angetrieben durch die öl-Krise und die Suche nach fossilen Brennstoffen-freie Energieträger, Forscher bei Exxon, einschließlich Whittingham, begann sich zu entwickeln wiederaufladbare Batterien. Dank der weiteren arbeiten von Goodenough und Yoshino, diese Batterien werden jetzt auf den meisten unserer portable electronics in irgendeiner form und sind ein häufiges Thema in den Nachrichten.

“Dafür, dass die kontrollierte oxidation und Reduktion von lithium, Goodenough, Whittingham, und Yoshino gezähmt ist einer der am meisten gewalttätigen und instabilen Elementen und über vier Jahrzehnte führte das engineering Anklage gegen einen Reaktor, so sicher können wir Sie in unsere Taschen, ohne einen zweiten Gedanken,” Dan Steingart, co-Direktor des Columbia University Electrochemical Energy Center, sagte Gizmodo in einer E-Mail.

Batterien Arbeit auf ein relativ einfaches Verfahren: Eine positive und eine negative Elektrode, der sogenannten Kathode und einer anode, bzw, sitzen, die in einer Substanz namens ein Elektrolyt, getrennt durch eine semipermeable Wand. Wenn angeschlossen an einen Stromkreis, eine spontane Chemische Reaktion an der anode produziert Ladung-tragenden Teilchen, sogenannte Elektronen, die die Reise durch das Kabel, Stromversorgung der Elektronik, und fließen dann durch eine weitere Chemische Reaktion in der Kathode. Das aufladen der Batterie erfordert die Umkehrung der Reaktion bewegen sich die Elektronen wieder von der Kathode zur anode.

Wilhelm-Sinsteden beschrieb die erste Batterie, die im Jahre 1854, und andere, wie Gaston Planté und Thomas Edison gearbeitet haben, entwickeln andere Batterien Verwendung anderer Materialien. Von der 20th Jahrhunderts, wurden Wissenschaftler der Jagd für bessere Materialien zur Herstellung von Batterien zu schaffen, die mehr dicht gepackt mit Energie, und Sie landete schließlich auf das lithium. Aber lithium reagiert mit Wasser und Luft und benötigt weitere Forschung zu zähmen, nach einem Nobelpreis wissenschaftliche Zusammenfassung. Von 1972, der Akku Wissenschaft kamen zusammen, um zu besprechen, wie Sie beinhalten könnte lithium in Ihre Geräte.

Aufbauend auf diesen Fortschritten, Whittingham gearbeitet, um zu entwickeln, eine Batterie mit lithium als das Elektron-Versorgung der anode, aber er benötigte eine begleitende Kathode, die in der Lage wäre, all diese Elektronen und Platz für die lithium Ionen erzeugt an der anode. Er und seine Mitarbeiter Fred Gamble bei Exxon Research and Engineering Company vorgeschlagen eine Art von geschichteten material namens titanium disulfide, die lithium-Ionen zwischen den Schichten. Sie produziert einen funktionierenden Akku in 1976. Goodenough ‘ s team in Oxford, fanden eine andere material dient als Kathode, das könnte zu noch höheren Spannungen, genannt Kobalt-OXID.

Es gab aber ein problem. Lithium-Ionen-Batterien mit reinem metallischem lithium als Ihre anode entwickeln würde schnurrhaare von lithium-Ionen -, dass, wenn Sie wuchs den ganzen Weg von der Kathode, würde dazu führen, die Batterie kurzzuschließen. Sie waren auch reaktiv und könnte explodieren. Forscher finden musste, der andere, sicherere Materialien für die anode als auch. Yoshino, arbeiten an der Asahi Kasei Corporation, Japan, haben erkannt, dass ein material namens petroleum coke könnte gefüllt werden mit lithium-Ionen dienen könnten als die anode. Seine Gruppe stellte eine Batterie basierend auf dieser anode und Goodenough die Kathode, welche überwand alle diese Probleme und würde nicht explodieren, wenn Sie ging etwas auf Sie.

Wie gestern Physik-Nobelpreis, der heutige Preis ist nicht ohne seine Kritiker. Viele einflussreiche Akku Wissenschaftler gehen unerkannt durch den heutigen Preis, und in diesem Jahr ist die Wissenschaft Nobels haben es mal wieder geschafft, zu vergeben nur Männer, die meisten von Ihnen weiß.

Noch, die objektiven Auswirkungen der diesjährigen Preisträger ist offensichtlich, da die Forscher haben sich weiter verbessert diese Akkus seit dann und Milliarden sind nun im Einsatz auf der ganzen Welt. Ja, die Explosionen sind immer noch ein problem. Aber, wie Steingart wies darauf hin, “würde ich argumentieren, dass es keine Gizmodo zu werfen snark waren es nicht für den lithium-Ionen-Batterie.”

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