3 명의 연구원은 오늘 아침 노벨 화학상을 수상하여 리튬 이온 배터리 개발에 역할을 맡았습니다. 텍사스 대학교, 오스틴, 빙엄 턴 대학교의 M. Stanley Whittingham 및 Meijo University의 Akira Yoshino의 John Goodenough
Goodenough와 Whittingham과 함께 일한 Cambridge University의 화학 교수 인 Clare Grey는“우리는 전 세계가 리튬 이온 배터리로 변형되었음을 높이 평가해야합니다. “이것은 전체 휴대용 전자 혁명을 뒷받침하는 리튬 이온 배터리이며 Co
케임브리지 대학 (University of Cambridge)의 재료 과학 및 야금 교수 인 폴 콕슨 (Paul Coxon)은“전 세계 인구의 3 분의 2 이상이 스마트 폰, 노트북 또는 태블릿 등 모바일 장치를 소유하고 있으며, 거의 모든 것이 충전식 리튬 이온 배터리로 구동됩니다. "그들은 40 년 전에 시작된 기본 연구 덕분에 모바일 시대의 숨겨진 작업자입니다." 오늘의상은 Goodenough, Whittingham 및 Yoshino가 각각 그 변형 작업에서 한 역할을 존중합니다.
연구원들이 40 년 전에 연구를 시작했을 때, 세계는 에너지 위기와 환경에 직면했으며, 둘 다 수십 년 동안 건축 해 왔습니다. 19 세기 후반 전기 시대의 새벽에 배터리는 초기 자동차 및 기타 장치의 일반적인 비품이었습니다. 그러나 그들은 무겁고 비효율적이었고 정체 된 개선에 대한 연구. 석유 연료는 자동차 및 기타 까다로운 시스템의 주요 에너지 원으로 빠르게 인수되었습니다.
그러나 1960 년대에는 석유에 대한 심각한 의존의 위험이 분명 해졌다. 미국에서는 도시 및 기타 환경 위험의 스모그로 가득 찬 공기와 함께 석유 부족이 있었기 때문에 에너지를 저장하고 사용하는보다 지속 가능한 방법을 찾기 위해서는 연구가 필요하다는 것을 분명히했습니다.
.그래서 배터리 작업은 컴백을했습니다. 특히, 과학자들은 리튬,주기적인 테이블에서 가장 가벼운 금속, 특히 전자를 포기함으로써 이온을 형성하는 재료를 이용할 수있는 것을 찾았습니다. 그러나 로웰에있는 매사추세츠 대학교 화학 교수 인 Olof Ramström은“배터리에 리튬을 사용하려면 반응성을 길들여야한다”고 말했다. "그리고 이것이 바로 수상자들의 작품이 달성 한 것입니다."
.배터리는 본질적으로 2 개의 전극, 양으로 하전 된 음극 및 음으로 하전 된 양극에서 발생하는 일련의 화학 반응을 통해 에너지를 저장하고 방출합니다. 양의 이온은 둘 사이의 전해질을 통해 양극에서 캐소드로 이동하며, 이로 인해 연결된 장치에 전원을 공급하기 위해 설정된 회로를 통해 전자가 다른 방식으로 흐릅니다. 이 과정은 배터리를 충전식으로 만들기 위해 반전됩니다.
Ramström은“배터리를 만드는 것은 비교적 쉽게 보일 수 있습니다. “그러나 그것은 확실히 그렇지 않습니다. 잘 작동하고 효율적인 배터리를 생산, 설계 및 개발하기가 매우 어렵습니다.”
.그러나 Whittingham, Goodenough 및 Yoshino는 길을 찾았습니다.
1970 년대에 Whittingham은 새로운 초전도 재료에 대한 연구를하고 있었고, 이온을 매트릭스로 쉽게 가져갈 수있는 층화 된 고형물에 중점을두고있었습니다. 이 작업의 배터리 개발과의 관련성은 곧 분명해졌습니다. 이로 인해 Whittingham은 새로운 음극 재료 인 티타늄 디 설파이드를 개발하여 리튬 이온이 자유롭게 움직일 수있었습니다. “Stan은 처음에 그곳에있었습니다. 그는 이전에 옥스포드 대학교와 스탠포드 대학교에서 자신이 생각해 낸 매우 고전적인 솔리드 스테이트 화학 원칙을 사용하고 있다고 Gray는 말했다. 그의 캐소드 연구는“수년 동안 우리가 구축 한 아이디어의 전체 부류를 찾는 기초를 형성했습니다.”
그런 다음 Whittingham의 작업을 기반으로 배터리 설계를 향상 시켰습니다. 그는 관련된 화학 원리에 대한 그의 이해를 통해 금속 산화물 물질이 금속 황화물보다 캐소드에서 더 많은 에너지를 보유 할 수 있음을 깨달았습니다. 결국, 그는 티타늄 이황화 캐소드를 산화 코발트로 만든로 교체하면 배터리의 전압을 거의 두 배로 늘릴 수 있고 에너지 용량을 증가시켜 충전 당장 수명이 더 높은 전압 배터리를 허용 할 수 있음을 발견했습니다.
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ETH Zürich의 정보 기술 및 전기 공학부 교수 인 Vanessa Wood는 Goodenough의 계층화 된 음극 설계가 오늘날에도 여전히 사용되고 있다고 지적하고 있습니다. "91 년 소니의 첫 상업화에서 오늘날 테슬라 자동차에있는 것, 또는 랩톱 및 휴대 전화에 이르기까지 배터리의 진화를 살펴보면 해당 캐소드 재료는 개선 및 혁신의 주요 원천 중 하나였습니다."
.최종 개선 세트는 요시노 (Yoshino)로부터 왔으며 양극에 중점을 두었습니다. 리튬 금속 양극은 불안정성으로 인해 배터리가 단락시키고 폭발 할 수 있기 때문에 항상 문제가되었습니다. 요시노는 발표 행사에서 노벨위원회와의 전화 인터뷰에서“내 연구의 초기 단계는 2 차 배터리를위한 것이 아니었다”고 말했다. "첫 번째 단계는 새로운 재료였습니다 :전기도 폴리머." 그럼에도 불구하고, 그 연구는 요시노가 순수한 리튬 금속 양극을 탄소 매트릭스 인 석유 코크스로 만든 방법으로 대체하는 방법을 보여 주었다. Goodenough의 새로운 음극과 짝을 이룰 때 안전하고 가볍고 매우 효율적인 배터리를 만들었습니다.
이 디자인은 오늘날 휴대용 전자 장치에 전력을 공급하고 세계의 에너지 인프라를보다 지속 가능한 방향으로 전환하는 데 도움이됩니다. 태양과 바람과 같은 재생 가능한 소스에서 생산 된 전기가 효율적으로 저장되고 작동 할 수 있도록하는 전기를보다 지속 가능한 방향으로 전환하는 데 도움이됩니다.
Coxon은“노벨 수상자 3 명 모두이 에너지 저장 혁명에서 중요한 역할을했으며, 이제 우리 주머니에 전력을 차지했습니다.
Bath University of Bath의 에너지 재료 연구 그룹의 화학 교수 인 Saiful Islam은“이 배터리는 휴대용 혁명에 도움이되었으며 이제는 전기 자동차에서 배출량을 낮추고 대기 질을 향상시키는 데 중요한 역할을했습니다. “실제로 대부분의 사람들은 아마도 리튬 이온 배터리로 구동되는 장치 에서이 노벨상 뉴스를 보았을 것입니다. 제 생각에,이상은 오랫동안 기한이 지났 으며이 중요한 재료 화학 영역이 인정되었다는 것을 알게되어 기쁩니다.”
.이 기사에는 Elena Renken의 공헌이 포함됩니다.
Michel Mayor, Didier Queloz 및 James Peebles는 올해 우승했습니다. 물리학 상 및 William G. Kaelin Jr., Peter J. Ratcliffe 및 Gregg L. Semenza는 을 공유했습니다. 생리학 또는 의학에서 노벨상 .
