• 諾獎花落鋰電池是否姍姍來遲

    “可充電的世界”只是個開始,“技術之路”依舊漫漫

    2019年10月16日 8:47 3527次瀏覽 來源:   分類:

    導讀:   今年的諾貝爾化學獎讓鋰電池成為聚光燈下的“明星技術”。來自美國的約翰·古迪納夫、英國的斯坦利·惠廷厄姆和日本的吉野彰三名從事鋰電池研究的科學家,共同分享2019諾貝爾化學獎。記者梳理發現,在三位獲獎科學家致力于鋰電池發展的創新征途上,也有幾筆精彩的“江蘇印記”——它不僅意味著開啟“一個可充電的世界”,更作為工業革命的基礎性技術,成為行業轉型的強大“助推器”。

    今年的諾貝爾化學獎讓鋰電池成為聚光燈下的“明星技術”。來自美國的約翰·古迪納夫、英國的斯坦利·惠廷厄姆和日本的吉野彰三名從事鋰電池研究的科學家,共同分享2019諾貝爾化學獎。記者梳理發現,在三位獲獎科學家致力于鋰電池發展的創新征途上,也有幾筆精彩的“江蘇印記”——它不僅意味著開啟“一個可充電的世界”,更作為工業革命的基礎性技術,成為行業轉型的強大“助推器”。

    諾獎開啟的鋰電池“盛典”也僅僅是個開始。手機電池如何才能真正夠用,電動車何時才能擁有強勁續航力從容跑長途……圍繞電池的一系列相關技術仍有待突破,對于“技術咖”來說,諾獎并不代表“登頂”,更像是一個激勵信號。

    技術革命仍在進行,

    鋰電池“劇透”新能源發展

    “三位科學家創造了一個可充電的世界。”這是2019諾獎委員會對三位化學獎得主的表彰評價。手機、筆記本電腦、新能源汽車……在當下這個移動終端隨處可見、充電隨時可實現的“智能時代”,化學獎花落鋰電池,有人不禁笑論,諾獎真是“姍姍來遲”。其實不然,諾獎在肯定偉大成果的同時,也傳遞出電池技術創新“仍在路上”的強烈信號。“電池的安全性、穩定性,以及能量密度等都是亟待攻克的技術難點。”蘇州大學能源學院院長晏成林教授表示,鋰電池的發展與綠色能源革命仍在進行時,電池技術是當下能源轉型、汽車電動化的關鍵。

    如何擺脫石油燃料、解決能源危機,這是上世紀70年代初的石油危機爆發時科學家們前行的動力,引發了電化學儲能技術的廣泛研究。“當時科學家就意識到,以電為代表的清潔可再生能源是未來技術的發展方向,開始研發各種新型電池。”晏成林介紹, 這其中包括采用硫化鈦作為正極材料,金屬鋰作為負極材料,制成首個鋰離子電池的惠廷厄姆,以及發現更適合的陰極材料并且令電池能更安全、輸出電能更多的古迪納夫,還有優化鋰電池性能、與古迪納夫合作將學術成果轉化到產業的吉野彰。

    50年間,鋰電池從技術研發到實現產業化,加速了全人類信息技術和新能源技術的發展進程。“手機、電腦越來越輕薄,太陽能、風能甚至可以被儲存,讓無化石燃料社會成為可能。”省動力及儲能電池產業創新聯盟負責人楊凱說,過去,鋰電池技術改變我們的日常,今后還將繼續產生“顛覆”效應,隨著電池管理、電池快充等技術的發展,將加快開啟便攜式設備的“下一程”,并讓電動汽車成為拉動經濟的“新巨頭”。

    錨定基礎研究,

    新一代鋰電池備受期待

    鋰電池技術發展50年取得的成就,在大眾看來,或許只是濃縮成了一部“充電幾分鐘,通話幾小時”的便攜手機。但對于研究者來說,攻克電池技術的每一細微環節,都是“漫漫創新路”鋪就的。

    在基礎研究領域,科學家通過一次次的實驗探索,加深對材料的認識,從而推進技術革新。“今年諾貝爾化學獎頒給古迪納夫等三人,可以說是對整個鋰電池行業的肯定與激勵。”晏成林感觸尤深地表示,現年97歲的美國得克薩斯大學奧斯汀分校教授古迪納夫,是諾獎歷史上年齡最大的獲獎者,這一獎項于他實至名歸。鈷酸鋰、錳酸鋰等電池材料都是由古迪納夫發明的,如今,他依舊奮斗、活躍在科研一線,并與江蘇科研團隊在鋰電池基礎研究方面有著重要合作。今年2月22日,古迪納夫與蘇州大學能源學院晏成林教授、錢濤老師在《自然-通訊》上發表了題為《空氣穩定鋰金屬負極用于低成本制造的無枝晶鋰金屬電池》的研究論文。該研究提出了由一種疏水氟化石墨(GF)和氟化鋰(LiF)作為保護層的鋰金屬負極,在空氣中可以保持長時間穩定,且具有可以抑制鋰枝晶生長的高安全性能。

    “隨著電動汽車和儲能電網等高能耗儲能應用的快速發展,傳統的鋰離子電池已經不能滿足需求,迫切需要開發具備高能量密度的新一代鋰電池。”晏成林向記者解釋道,該研究利用高溫下熔融的鋰金屬和氟化石墨反應形成保護層,既可以保護金屬鋰在空氣中不被侵蝕,又可以提高鋰負極穩定性、安全性,延長電池壽命。

    在這一研究成果的推動下,今后,普通干燥房就可以進行電池組裝,并且可以實現大面積生產,降低成本,加快鋰電池產業化。

    汽車強續航“提上日程”,

    江蘇醞釀電池研發創新中心

    更清潔、更環保的新能源電動車,被視作汽車行業轉型的關鍵“賽道”,而“電池”是這場轉型中不可繞開的關鍵技術。當下,車載動力電池依舊面臨安全、能量密度等多種技術難點。

    “近年來,諾獎團隊與江蘇的多方位合作,促進了電池安全性、能量密度、充放電速度等關鍵技術的突破。”省工信廳產業轉型升級處相關負責人采訪中表示,早在2014年,江蘇就成立了“省鋰電材料產業技術創新戰略聯盟”,集聚全球創新資源,打通產學研壁壘,以千億級為目標,打造鋰電池產業航母。

    在江陰,遠景動力技術公司正致力于以智能物聯突破電池性能與應用的邊界,通過電池數字模型的海量訓練幫助研發提升效率。此次諾貝爾化學獎的另一位得主,來自日本的吉野彰作為遠景的技術顧問,參與規劃了遠景電池創新技術路線,并助推遠景的新一代產品研發。

    在南京,江蘇塔菲爾新能源科技公司致力于研造出兼具高能量密度與高安全性的產品,將技術戰略鎖定在固態電池的研發。目前公司已與諾獎得主古迪納夫取得合作機會,正就固態電解質與活性材料間的界面相容性問題展開基礎研究,并計劃將相關成果應用于固態電池產品中。技術革新后,汽車鋰電池的安全性、續航里程、快速充電等方面將有所改善。

    “江蘇在汽車制造、鋰電池研發方面有基礎、有優勢,成為全球知名的動力電池研發和制造中心,是我省中長期發展目標。”楊凱介紹,江蘇動力電池產業規模全國領先,數據顯示,今年上半年全省動力電池產、銷量分別累計完成約8.28GWh(828萬千瓦時)、7.26GWh,分別占據全國比重的19.15%、19.95%。此外,南京、常州、無錫等地加速高端動力電池產能布局,預計2019年底,全省動力電池已建、在建產能將超120GWh,可實現250萬輛新能源汽車配套能力,將成為全國最大的動力電池生產基地之一。

    本報記者 王夢然

    責任編輯:周大偉

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