創新的先驅:改變世界的電池

科學技術

本文最初於 2016 年發表。麥可·史丹利·惠廷安 (M. Stanley Whittingham) 因開發充電電池於 2019 年 10 月 9 日獲得諾貝爾化學獎,以下內容於他獲獎後更新。

如果您正在手機、平板電腦或筆記型電腦上閱讀本文,您應該要感謝麥可·史丹利·惠廷安博士。1970 年代,惠廷安博士在紐澤西州克林頓埃克森美孚公司的總部研究實驗室工作,當時他創造了一項全新技術:充電式鋰電池。

這項革命性的研究,使得惠廷安博士與德州大學奧斯汀分校的約翰·古迪納夫博士以及日本名古屋明治大學的吉野彰博士共同獲得 2019 年諾貝爾化學獎。現在,惠廷安是紐約賓漢頓大學化學和材料科學的特聘教授。

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惠廷安博士, 1979 年的埃克森研究與工程刊物。右邊,今天的惠廷安博士是賓漢頓州立大學的教授。圖片來源:埃克森美孚,麥可·史丹利·惠廷安博士

在加入賓漢頓大學之前,惠廷安博士曾在埃克森美孚公司工作,當時他的研究工作為後來開發充電式鋰電池鋪路。具體來說,他和他的團隊發現,在硫化鈦板之間的鋰離子可以在正極和負極之間來回移動,進而產生電力。

諾貝爾化學獎主席,瑞典隆德大學的物理化學教授薩拉·諾格魯普·林斯表示,因為鋰電池,「我們才有了進行技術革命的機會」。

當惠廷安首次提出自己的想法時,充電電池已經出現了數十年。但是,當時的充電電池仍是笨重的鉛酸電池(至今仍有許多汽車使用這種電池)。而且,儘管一次性式碳鋅電池—家用遙控器內那種,很普遍,但像電腦這樣需要較多能源的機器,每次用完後都要更換的話,既麻煩又昂貴。

早期的研究顯示,金屬鋰反應性高可以用來儲存能量,但惠廷安博士是第一個成功研發出在室溫下用鋰來儲存能量而不會爆炸的人。他最原始的試驗採用硫化鈦,一種2.5 伏特的材料,嵌入式設計(或以可移動的方式加入離子)被證明是可行的,為現代鋰電池奠定了基礎。

1980 年,惠廷安博士與德州大學奧斯汀分校的諾貝爾獎得主古迪納夫博士合作,利用金屬氧化物和一種更高伏特, 4 伏特的材料來改良先前的突破研究。在這個基拙上,吉野博士得以在世界另一端的日本,開發出首個商用鋰電池。

現在,高能量密度鋰離子技術用於為筆記型電腦、平板電腦、手機和大多數電動汽車供電。甚至讓太陽能飛機,例如,創紀錄的「陽光動力號 2」在太陽下山後,仍繼續飛行。依賴風能或太陽能等不穩定電源的電網也開始仰賴大型鋰電池來儲存能量,以供需求超過輸出時使用。

惠廷安博士、古迪納夫博士和吉野博士在彼此的工作基礎上,將突破性研究轉變為一項創新工作,改變世界使用與儲存能源的方式。

圖片來源:埃克森美孚歷史收藏,[編號:di_10643-di_10650],德州大學奧斯汀分校,Dolph Briscoe 美國歷史中心

資料來源:
富比世雜誌:太陽能飛機再次升空以證明潔淨能源的潛力
Pipe Dream 夢想報:賓漢頓大學教授發明鋰電池備受肯定
Quartz 新聞網:  57 歲時,為我們帶來鋰電池;92 歲,仍對鋰電池有新想法的男人

Tags:   batteriesenergyinnovationlithium ion batteryPioneers of innovationsmartphones
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