人類許多科技發明,都源于對大自然的探索!牛頓因一顆蘋果發現了萬有引力定律;伽伐尼和伏特,因一只青蛙開啟了電池發明的第一步。
1780年,意大利解剖學家伽伐尼在給青蛙做解剖的時候,他用兩個不同的金屬刀電擊青蛙,結果,青蛙腿立即出現抖動。伽伐尼認為青蛙體內產生了電流,于是,他把這種電流稱作“生物電”。
但是,這個說法很快就被他的朋友“伏特”否定了!伏特認為,青蛙腿之所以抖動,是兩種金屬間接接觸時產生的電流引起的。
1799年,伏特為了證明自己的觀點,他將銀板和鋅板一層一層的疊放,然后用浸有鹽水的布把銀和鋅隔開,當他用手去觸碰銀板和鋅板兩端的時候,電流突然穿過他的指尖令他激動不已,于是他得出:用銀和鋅就可以造一個電源。
后來,伏特繼續改進,創造了世界上第一個可以產生恒定電流的“電堆”。為了紀念伏特做出的偉大貢獻,人們便用他的姓氏“伏特”作為電壓的單位名稱。
但伏特電堆存在一個問題:放電時會產生氫氣氣泡。
1836年,英國化學家丹尼爾經過反復試驗,發明了更加接近現代意義上的電池——銅鋅電池,同時也處理了“伏特電堆”放電時產生的氫氣氣泡問題,此時電池電壓可以達到1V。
1850年,法國物理學家普蘭特發明了世界上第一個可充電電池——鉛酸蓄電池。鉛不僅降低了電池的制造成本,還能夠供應12V的電壓,且可以循環充電使用。
隨后一百多年時間里,經過全球科學家的漫長探索,鎳鎘電池、堿性電池、鎳氫電池也相繼問世,為現代電子科技打下了堅實的基礎。
1970年,在石油危機的影響下,M·斯坦利·威廷漢決心研發新的能源科技以擺脫石油束縛。經過多年實驗,M·斯坦利·威廷漢最終采用硫化鈦鋰作陰極材料,金屬鋰作為陽極材料,制成了一款鋰電池。
但由于陽極材料中含有金屬鋰,鋰的活性太高導致電池非常不穩定,極易發生燃燒和爆炸。
出現問題后,科學家們想起了“離子轉移電池”“方法,于是決定采用石墨替代金屬鋰作為陽極材料。
基于前人的研究成果,約翰·B·古迪納夫于1980年向世人展示了鈷酸鋰作為陰極的鋰電池。由于采用了石墨作為陽極,這款電池部分解決了“鋰枝晶”現象,防止了內部短路問題。同時,他還縮小了鋰電池體型、提高了容量和安全性,最終使這款電池實現了商業化,人類也因此進入了電子設備便攜化時代。
然而,日本科學家吉野彰認為這遠遠不夠,他以古迪納夫的鋰電池為基礎,將陽極材料從石墨變成石油焦。雖然同為碳元素組成,但是因此達到了輕量化和耐久性。
從古迪納夫開始,他們創造的鋰電池已不是化學反應產生的電能,而是單純的陰陽極之間電子流動產生的,而這種能量完全來自于外界充入的“過量”電子,存貯于兩極之間,用于做功。所以嚴格意義上說,這兩款并不叫鋰電池,而是鋰離子電池。
自1991年鋰離子電池正式走入市場以來,其容量、循環次數也在逐年提高,但困擾其發展的頭號難題——安全性卻一直未能得到有效解決。
鋰離子電池在大電流放電時容易在負極形成鋰枝晶,刺穿隔膜導致電池內部短路進而爆炸,鋰離子電池一旦發生爆炸,不僅會造成財產損失,還有可能造成人身傷亡。
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