西堤网

当前位置:西堤网>汽车>文章内容

3个诺奖得主+元素周期表3号元素,汽车业就这样被改变了

字体大小:【 | |

2019-11-08 21:12:25

这位诺贝尔化学奖获得者的成就——锂离子电池,在许多方面给人们的汽车生活带来了质的变化。

每年,诺贝尔奖都会引起各界的强烈关注。在各种诺贝尔奖中,化学奖是一个特殊的奖项。

一方面,设立该奖项的阿尔弗雷德.伯恩哈德.诺贝尔本人就是一位杰出的化学家。最著名的发明是用硝化甘油制造炸药。另一方面,许多获奖成果并不局限于化学,而是涉及生物学和物理学等多个学科。因此,诺贝尔化学奖也被嘲笑为“综合科学奖”。他们的成就常常对人类生活产生更直接、更有基础的影响,尤其是今年的诺贝尔化学奖。

2019年诺贝尔化学奖授予美国科学家约翰·古德托、英国科学家斯坦利·惠廷翰和日本科学家吉野昭夫(akira yoshino),表彰他们对锂离子电池研发的贡献。从手机、笔记本电脑到电动车,锂离子电池为无线、无化石燃料的社会奠定了基础,并从根本上改变了人们的日常生活。

"他们创造了一个可充电的世界。"诺贝尔委员会在其获奖感言中写道。

锂离子电池的诞生

电动汽车的发明实际上早于内燃机,直到1912年,那时它们在市场份额上仍然占有优势。后来,由于电池技术的缓慢进步,它们被历史淘汰了。电动汽车在100年后再次发光的原因是锂离子电池技术的成熟和商业化。

对于汽车来说,由于空间有限,必须运载人和货物。如果汽车由电池驱动,它对电池的能量密度有很高的要求。不允许牺牲驾驶舱和行李箱中太多的空间来携带电池,也不允许到处携带太重的电池。如果找不到合适的高能量密度电池,电动汽车就不能真正成为合格的汽车。

20世纪70年代,阿以战争导致了两次国际石油危机。寻找新能源已成为全球共识,也为电动汽车的新动力播下了希望的种子。

1976年,斯坦利·威丁厄姆(Stanley Wittingham)的团队制造了世界上第一个可充电锂离子电池,并申请了锂离子电池专利。那时,锂电池的正极由金属锂制成,可以释放更多的电子。阴极由二硫化钛制成,电压略高于2v,锂离子可以在分子水平嵌入其中。

然而,这种锂电池的电化学性能极不稳定,在充电过程中很容易着火和爆炸,在反复充放电过程中,电池容量衰减非常快,不适合商业应用。

直到四年后,30岁的物理博士约翰·古德托才在锂电池的安全问题上取得突破。不错的推测是,如果阴极由金属氧化物而不是金属硫化物制成,电池将会有更高的电压。经过系统的研究,他在1980年证明将锂离子嵌入氧化钴可以产生高达4v的电压。由此发现的层状氧化物正极材料钴酸锂已成为锂电池的重要突破。

今天的手机、笔记本和其他便携式设备几乎都使用钴酸锂,包括特斯拉的第一辆汽车。1997年,古德托开发了磷酸铁锂阴极材料。目前,电动汽车上争论的两种电池技术,三元锂和磷酸铁锂,都离不开古德托的研究成果。

在古德托研究的基础上,朝日kasei公司研究员、美乔大学教授阿基拉·吉野(akira yoshino)于1985年成功用更安全的锂离子取代纯锂,发明了一种以碳材料为阳极的锂离子电池,从而使锂电池商业化成为可能。1991年,日本索尼公司首次将开发了20多年的锂电池产品推向市场。

让电动汽车重获新生

然而,尽管锂电池在1991年已经商业化,但这种电池无论是在功率、寿命还是安全性方面,都不符合最高工业水平的标准——汽车法规水平。直到1993年,日本大阪煤气公司才把中间相碳微球(mcmb)碳材料作为锂电池的阳极,锂离子电池的性能才得到极大的提高,并进入汽车企业的视野。

日产自1992年以来一直在为leaf开发锂离子电池。自1996年以来,配备锂离子电池的“草原欢乐”电动车已在日本销售。

自2005年以来,以人造石墨为阳极的锂电池以其优异的电化学性能被广泛应用于动力电池中,电动汽车也越来越成熟。2008年,奥巴马上台,大力推动电动汽车的发展。全球锂电池发展进入新高潮。作为电动汽车的“心脏”,它重新定义了电动汽车。

从2010年12月起,日产开始在美国、日本和欧洲销售leaf电动车。2012年,特斯拉还用松下18650锂电池成功打造了广受欢迎的电动车型号s。

随着世界各国政府对可再生资源越来越重视,全球新能源汽车市场在强有力的政策支持下进入了快速发展的通道。

以欧洲为例。早在2015年,挪威就宣布到2025年将限制燃油汽车的销售。次年,荷兰也宣布2030年后新车零排放。英国、法国和西班牙都在2040年后禁止销售柴油和汽油汽车。

几乎所有主要汽车公司都将电动汽车视为目前最重要的战略计划:

丰田计划在20世纪20年代初推出10多辆全新的纯电动汽车,到2030年销售超过550万辆电动汽车。

大众汽车计划到2028年在其品牌下销售2200万辆电动汽车。

宝马集团的目标是到2021年在全球范围内总共交付100万辆电动汽车。

戴姆勒计划到2030年占到所有新乘用车销量的一半。

沃尔沃预计,到2025年,电动汽车的总销量将增至100万辆,其中中型和纯电动汽车占50%。

数据显示,2014年全球新能源汽车产量为341,000辆。到2018年,新能源汽车产量将快速增长至192.4万辆,市场份额为2.1%,同比增长72%。据估计,到2023年,全球新能源汽车产量将达到887.5万辆,未来五年复合年增长率为35.8%。电动汽车已经成为汽车工业的重要组成部分。

对中国来说,电动汽车的快速发展为变道和超车提供了一个很好的机会。

从2009年的“十城一千车”计划开始,在政府的大力推动和支持下,中国新能源汽车产业十年来取得了巨大突破。

2018年,中国新能源汽车销量达到125.6万辆,占全球新能源汽车销量的60%。比亚迪和BAIC新能源已经成为仅次于特斯拉的世界第二和第三大新能源汽车制造商。

与此同时,中国也催生了以威来、马薇和小鹏为代表的新型汽车制造力量,在产品差异化和商业模式方面做出了创新尝试。

工业化进程和模式

锂电池作为电动汽车的“心脏”,占据了电动汽车成本的三分之一到二分之一,也是电动汽车的竞争核心之一。

在全球新能源汽车市场快速发展的带动下,动力电池领域已成为近年来推动全球锂离子电池市场快速增长的主要因素。

根据中国商业工业研究院和高新技术产业研究院发布的数据,2018年全球锂离子电池市场产量同比增长21.81%,达到188.80gwh,过去五年复合增长率为27.12%。根据高技术产业研究所的分析,未来五年,动力电池仍将是锂离子电池行业增长最快的领域。

从全球来看,自上世纪90年代初正式诞生以来,锂离子电池行业逐渐从日本垄断转向日韩争夺霸权,如今中国、日本和韩国处于三方对抗之中。

日本松下、韩国三星、韩国sk和lg、中国宁德时报和比亚迪被认为是世界领先的电动汽车动力电池企业,占据了大部分市场份额。

在三大锂电池大国中,只有中国拥有丰富的锂资源、完整的锂电池产业链和庞大的基础人才储备,使中国大陆成为世界上锂电池及其材料产业发展最具吸引力的地区,成为世界上最大的锂电池材料和电池生产基地。中国的宁德时代和比亚迪分别在世界十大锂电池公司中排名第二和第三。

随着电池能量密度的不断提高,车载锂离子电池的竞争将越来越激烈。动力电池的质量、成本、安全和技术升级将是动力电池行业竞争的焦点,也是整个新能源汽车行业竞争的关键。

目前,中国动力电池行业的格局正在发生巨大变化。一方面,日本和韩国电池公司正在加快重返中国市场的步伐,并开始与中国汽车制造商频繁接触。不久前,吉利和lg Chem宣布成立一家新的合资公司,这标志着中国和韩国公司之间新电池合作项目的登陆。另一方面,汽车制造商希望控制电动汽车行业,提高他们在供应链系统中的议价能力,并开始自己参与电池制造,以改善产业链的布局。

对大多数汽车公司来说,虽然动力电池有天然的产业壁垒,但他们不愿意放弃产业发展过程中的主动权,希望在转型过程中掌握更多的核心动力电池技术。

例如,奥迪公司(audi ag)投资近10亿欧元在欧洲建立锂电池和固态电池生产厂,并投资美国公司quantum scape在固态电池领域获得优势。长城汽车还将分离生产动力电池的蜂窝能源,并准备将其推向市场。它不仅将在未来供应长城汽车。

此外,丰田汽车、通用汽车、吉利汽车、比亚迪、长城汽车、广汽川汽、SAIC乘用车等企业都将电池视为未来的核心竞争力,并打算覆盖从电池研发、生产到加工回收的整个流程链。

更广阔的发展前景

从锂电池本身的发展来看,随着液体锂电池性能接近理论极限,以固态电池、锂金属电池、富锂锰基阳极、高压尖晶石阳极等为代表的各种新型锂电池技术的竞争日益激烈。正在进行中。

现在更好的发展方向是固态锂电池。固态电池和传统锂电池的区别在于固态离子被用来代替电解质。它的密度和结构可以让更多的带电离子聚集在一端,传导更多的电流,从而提高电池容量。

全固态锂电池具有极高的安全性。其固体电解质不可燃、无腐蚀性、不挥发且不泄漏。同时,它还克服了锂枝晶现象。搭载全固态锂电池的车辆自燃概率将大大降低。

各国锂电池领域的科学家,包括97岁的约翰·古德托(John B. Goodenough),正朝着这个方向努力发展。然而,固体电解质具有高电阻,并且在功率密度、导电性、电池倍率、电池制备效率和成本控制方面存在许多问题。因此,固体锂电池仍处于实验室探索和初步商业化阶段。

纵观锂离子电池的发展历史,可以说人类正在不断突破理论极限。锂离子电池关键技术的诞生、发展、成熟和商业化,有赖于科研界和业界的共同创新和共同努力,最终帮助电动汽车在沉寂了一百年后再次成为汽车工业的重要组成部分。

附录:2019年诺贝尔化学奖获得者简介

John b. Goodenough

1922年出生于德国耶拿,二战老兵,1943年获得耶鲁大学数学学士学位,1951年和1952年获得芝加哥大学物理学硕士和博士学位。

他的职业生涯始于麻省理工学院林肯实验室。他从1976年到1986年加入牛津大学,担任教授和无机化学实验室主任,在此期间他发明了锂电池。离开牛津大学后,他加入了奥斯汀的得克萨斯大学,目前是机械工程和材料科学教授。他现在是美国科学院和工程学院的成员。

他58岁时发明了钴酸锂电池,75岁时发明了磷酸铁锂电池,90岁后开始研究全固态电池。他被誉为“锂离子电池之父”,创下了97岁诺贝尔奖获得者最高年龄的新纪录。

他获得了2001年日本奖、2009年恩里科.费米奖、2011年国家科学奖章和2014年查尔斯.斯塔克.德雷珀奖。

M.stanley whittingham

1941年出生于英国,毕业于牛津大学,获得学士、硕士和博士学位,并于1968年获得博士学位。目前,他是纽约州立大学石溪分校的杰出化学教授、纽约州立大学宾汉姆顿分校的化学教授、材料研究和材料科学与工程研究所所长、纽约电池和储能联合会(nybest)董事会副主席。在加入纽约州立大学之前,他长期为石油公司埃克森公司工作,从事电池研发。

他是锂电池研究的先驱,也是第一个提出锂离子电池概念的人。他用硫化钛作为正极材料,锂金属作为负极材料,制造了世界上第一个锂离子电池。近年来,他的研究集中在新型无机氧化物材料的制备及其化学和物理性质上。最近,他的研究小组发现了单相反应在电池电极放电中的关键作用。

2015年,威廷汉姆因其在锂离子电池领域的开创性研究获得了科尔维特化学引文奖。2018年,他因在插层化学应用于储能材料方面的开创性贡献而当选为美国国家工程学院院士。

Akira yoshino

他于1948年出生在日本。1970年毕业于京都大学石油工程系,1972年获得京都大学工程硕士学位,2005年获得日本大阪大学博士学位。他现任朝日Kasei有限公司名誉特聘研究员,技术研究组锂离子电池材料评价研究中心主席,美乔大学研究生院科技研究部教授。

1983年,吉野开发了使用钴酸锂的阴极和使用聚乙炔的阳极。1983年,世界上第一个可充电锂离子电池原型生产出来。1985年,许多技术问题被克服,金属锂被完全淘汰,可充电含锂碱性锂离子电池(lib)的基本概念得以确立,并获得日本注册专利。由于极高的安全性、稳定的能量输出和合理的价格,锂离子电池终于在1991年被索尼首次商业化。

他获得了2013年全球能源奖、2014年查尔斯·斯塔克·德雷普尔奖、2018年日本国际奖和2019年欧洲发明家奖。

资料来源:第一电网

作者:汽车商业评论

本文地址:https://www.d1ev.com/kol/100795

快乐十分钟开奖结果 pk10下注 甘肃快三 重庆彩票网 uedbet

上一篇: 特殊孩子的特殊祝福 下一篇: 奔驰真任性,发动机排量越来越小,网友:只要壳子大一样好卖