从锂电池获诺贝尔化学奖展望未来新能源发展

1、课程论文 机械与汽车工程 学院 机械设计制造及其自动化 专业课程名称： 工 程 化 学 学 期： 2019 2020第（2）学期 班 级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 李静玲 陈荣国 2020年 6 月 30 日从锂电池获诺贝尔化学奖，展望未来新能源发展作作者1，作者2(学校、学院，省份 城市 邮编)摘要：2019年诺贝尔化学奖颁给了美国德州大学奥斯汀分校约翰古迪纳夫、美国纽约州立大学宾汉姆分校斯坦利威廷汉和日本旭化成株式会社吉野彰三人，以表彰他们对锂离子电池研发的卓越贡献。那么，锂电池是如何研发出来的？未来的发展将会怎样？未来新化学能源的发展又将会是怎样的？关键词：锂电池；化学；能源；

2、诺贝尔奖引言 我们早已生活在一个“可充电的世界”，但真正带来电子设备便携化，开启了现代移动生活的则是锂电池。可以说，如果没有锂电池，就没有我们现在的移动智能生活。锂电池因重量轻、可充电、功能强大且便携，被广泛应用于从手机到笔记本电脑等各个领域。它在全球范围内用于为便携式电子设备供电，我们使用这些便携式电子设备通讯、工作、学习和娱乐。锂电池还促进了长续航电动汽车的开发以及来自可再生能源（例如太阳能和风能）的能量存储，为实现一个无线（可移动）、无化石燃料的社会打下基石。可以说，锂离子电池作为能源存储器件，彻底地改变了人类的生活。此次诺贝尔化学奖授予三位锂电领域的科学家，是对每一位为锂电池从无到有、

3、从实验室走向商业化做出贡献的锂电从业者的认可，是对仍在从事锂电研究和志在继续推动清洁、便携社会发展的人们的激励。1 .石油危机直接促成了锂电池研发。20世纪70年代，石油危机直接促成了锂电池研发。美国石油巨头埃克森公司判断，石油资源作为典型不可再生资源，将在不久之后面临枯竭，于是组建团队开发下一代替代石化燃料的能源技术。而锂电池就是人们提出的新型电池之一。当时，供职于埃克森公司的斯坦利威廷汉提出了一种全新的材料二硫化钛作为正极材料，可以在分子层间储存锂离子。当其与金属锂负极匹配时，电池电压高达2V。然而，由于金属锂负极活性高，带来极大安全风险，这种电池并未获得推广。但科学家们并未放弃探索，既然

4、问题出在电极材料上，或许替换电极就能解决问题。当时在英国牛津大学的无机化学实验室担任主任的古迪纳夫推断，采用金属氧化物替代硫化物作为正极，可以实现更高电压，改善锂离子电池的性能。1980年，古迪纳夫用钴酸锂作为电池正极，可将电池的电压提高到4V。钴酸锂的横空出世是锂离子电池领域的极大突破，它至今仍是便携式电池的主力正极材料。2.展望未来电化学电源的发展在所有已知的电极材料中，锂作为碱金属族中的最轻者，具有较低的电负性与极高的能量密度（高达3860 mAh/g）。由于目前商业锂电池主要以石墨作为负极材料，能量密度只有372 mAh/g，已经不能满足新一代电动车的需求，以锂金属作为电极的下一代锂电

5、吸引了全世界研究者的目光。目前来看，横亘于锂金属应用上的最大挑战枝晶问题，依然有待进一步解决。大量的工作表明，研究人员在理解锂枝晶的生成机理以及抑制技术的开发上已取得了长足进展。早期的锂金属电极研究被搁置，是因为当使用锂金属作为负极的时候，锂枝晶生长会带来许多问题，包括以下几方面：首先，显而易见的是，锂枝晶的生长有可能会刺穿电池隔膜，造成短路带来安全隐患；其次，锂枝晶的生长会使电极的表面积增大，从而使副反应增多，降低电池的库伦效率；锂枝晶生长之后的断裂还会在电池内部引入大量所谓“死锂”，即没有电化学活性的锂颗粒，使得电池的库伦效率降低，还会使电池内阻增大。此外，枝晶生长所带来的电极体积变化问题

6、也不容忽视，对电极材料和电池结构设计都带来了极大的挑战。电化学腐蚀防护的应用，根据电化学中阴极保护/电化学防腐/排流保护的知识，在实验室中主要采用浸出法和电化学测试方法对硬质合金的电化学腐蚀性能进行研究。电化学方法主要通过动电位扫描得到硬质合金试样的极化曲线，从而得到腐蚀电位、腐蚀电流密度、临界电流密度、钝化区间最小电流密度等参数来评价硬质合金的腐蚀性能。氢燃料电池，燃料电池是一种能量转化装置，它将燃料的电化学能转化成电能。它类似于电池一样也是电化学发电装置，因此被称为燃料电池。对应的采用氢气作为燃料的燃料电池就是氢燃料电池。它可以理解为水电解成氢气和氧气的逆反应。因此反应过程既清洁，又高效。

7、因为它不受传统发动机采用卡诺循环42%左右的热效率限制。氢燃料电池的效率可轻松达到60%以上。锂离子电池作为高效储能元件，已经广泛的应用在消费电子领域，从手机到笔记本电脑都有锂离子电池的身影，锂离子电池取得如此辉煌的成绩得益于其超高的储能密度，以及良好的安全性能。随着技术的不断发展，锂离子电池的能量密度、功率密度也在不断的提高，这其中纳米技术做出了不可磨灭的贡献。3结论(结语)电化学的未来发展会有更大的空间和潜能，电化学的下一阶段，势必要借助于其他学科的发展，比如量子力学，材料学，光谱学等。构造更先进更精密的测试仪器，提出更准确的理论，才能更好地理解复杂体系。参考文献:1吴康兵. 碳纳米管化学

8、修饰电极的制备、表征及分析应用研究D. 武汉大学, 2004.2李文.软包锂电池极耳部分贴保护胶带机构3陈继勇.基于容量增量法的防爆锂电池老化指标分析4应用于新能源发电系统的双输入高增益直流变换器5中国(上海)国际节能与新能源汽车技术装备展览会在上海举办：工程化学课程论文成绩评定表班级 姓名 学号 评价指标评分标准百分制成绩（分）1学术水平（ 40分）论文有独到的见解，富有新意或对某些问题有较深刻的分析，有较高的学术水平或较大的实用价值（36分）论文有一定的见解，或对某一问题分析较深刻，有一定的学术水平或实用价值(32-36分) 论文能提出自己的看法，选题有一定的价值，能理论联系实际。(28-

9、32分)选题有一定的价值，但论文中自己的见解不多(24-28分)论文不能成立或有重大毛病(24分)2论证能力（ 30分）论点鲜明，论据确凿，论文表现出对实际问题有较强的分析能力和概括能力，文章材料翔实可靠，有说服力（27分）论点正确，论据可靠，对事物有一定的分析能力和概括能力，能运用所学理论和知识阐述有关问题(24-27分)观点正确，论述有理有据，但独立研究体现得不足，论文缺乏一定的尝试，材料能说明观点(21-24分)观点基本正确，并能对观点进行一定的论述，但缺乏分析概括能力和研究能力，照搬他人观点的痕迹较明显(18-21分)观点有错误或主要材料不能说明观点(21分)3文字表达（ 30分）论文结构严谨，逻辑性强，论述层次清晰，语言准确，文字流畅，完全符合规范化要求（27分）论文结构合理，符合逻辑，文章层次分明，语言通顺、准确，达到规范化要求(24-27分)论文结构枯朽合理，文章层次较清晰，文理通顺，基本达到规范