本刊綜合
從智能手機、筆記本電腦等電子產品,到電動車、風能和太陽能等大型儲能裝置,鋰電池成為我們生活中不可或缺的“能量源”。作為動力電池的核心原材料,“鋰”有著“白色石油”的美譽,在日常生活中扮演著越來越重要的角色。
以藥品“出道”
從石器時代、鐵器時代到蒸汽時代、電氣時代,人類在聚集和融合中進行信息的積累與交互,人類文明的發展史和進步史,也是人類對礦物的發現和深入應用的表現。
1800年,巴西礦物學家何塞·安德拉達在瑞典旅行時第一次發現了鋰礦石——透鋰長石。這種礦物在火上燒制時,火焰呈現強烈的深紅色,十分特別。1817年,瑞典化學家約翰·奧古斯特·阿夫維森在這種礦石中檢測到一種與鉀、鈉性質類似的金屬元素,后來,這種元素被命名為鋰。
鋰是標準條件下密度最小的金屬,由于其化學性質過于活潑,一般都以化合物的形式存在。1821年,科學家成功提純出鋰單質,其質地柔軟,一般被封在固體石蠟、凡士林中,或者封于惰性氣體中保存。19世紀50年代,人們發現鋰能幫助人體溶解從腎臟中分離出來的尿酸晶體,開始將其作為藥物使用。20世紀中期,鋰被推廣用來輔助治療躁狂癥。隨著鋰單質提取工藝的進一步精進,這種以藥品“出道”的物質逐漸在冶金工業上嶄露頭角。
“工業味精”用途廣
鋰的超強電化學活性在原子能工業中起到重要作用,通過熱核反應1千克鋰釋放的能量相當于燃燒2萬噸優質煤釋放的能量。
鋰在軍事和核工業上的應用,催生了第一次大規模工業化生產,使其成為一種極為重要的戰略物資。
在玻璃及陶瓷行業,鋰作為助熔劑能有效降低二氧化硅的熔點,并提升玻璃及陶瓷釉面的耐熱、耐磨性能;在冶煉工業中,鋰不僅可以用作助熔劑,還能用作吸附劑和脫硫劑;在航空航天領域,添加了鋰的鋁合金材質更輕、更硬……鋰及其化合物憑借“輕”“軟”和“高能量”的特點在眾多領域有著廣泛應用,被譽為“工業味精”。
無“鋰”寸步難行
20世紀70年代末期,鋰電池問世,最初的鋰電池并不能充電后循環使用。后來,科學家研制出可充電的鋰金屬電池,它的循環壽命可達1000次以上且循環衰減較小。鋰離子充當電能的“搬運工”,周而復始地從正極至負極再至正極來回移動,在正、負極活性材料中進行脫嵌,將化學能和電能相互轉換,實現了能量的存儲與釋放。
2019年,諾貝爾化學獎授予美國科學家約翰·古迪納夫、斯坦利·惠廷厄姆和日本科學家吉野彰,以表彰他們在鋰離子電池研發領域作出的貢獻。他們“改變”了鋰電池,而鋰電池正改變著世界。
近年來,伴隨著電動汽車的興起,以及可再生能源發電對大規模儲能裝置的迫切需求,開發安全、大容量、大功率和長壽命的鋰離子電池將成為今后研究的重點。未來,我們或將生活在一個無“鋰”寸步難行的世界。
(欄目編輯? 方郁芝)