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【2023名师导学】周豪慎教授:二次电池的过去,现在与将来

10月11日下午,《名师导学》课程系列讲座第四讲在学院国生厅举行。本次讲座邀请到我校现代工程与应用科学学院长江讲座教授周豪慎老师主讲,题目为《二次电池的过去,现在与未来》。

首先,周教授介绍了当前对于电池的三种要求:高能量密度,高充放功率以及安全性。为了实现这样的目标,人类对于电池的研究经历了漫长的过程。周教授介绍了一种“远古电池”巴格达电池,它是2000年前的先民们智慧的结晶,象征着人类自古以来就一直保持着的对大自然的探索欲和好奇心。随后,周教授为我们讲解的是伏特电池。伏特电池,又称伏打电堆,是我们如今原电池的前身。1836年,英国的丹尼尔对“伏特电堆”进行了改良,使用铜硫酸溶液做电解液,解决了电池极化问题,制造出第一个能保持平衡电流的锌铜电池(具有使用价值),又称丹尼尔电池。周教授接着介绍的是铅酸电池。1859年,Raymond Gaston Plante开发了最初可充放的铅酸电池,由布包着铅板,放入有硫酸溶液的溶器中构成,是至今仍在广泛使用的二次电池。

接着是镍氢电池。1969年,荷兰飞利浦实验室发现储氢合金LaNi5;1985年,飞利浦成功研发出Ni-MH二次电池;1989年,Ni-MH电池成功商业化。至2000年,镍氢电池已经占据日本便携式二次电池市场的50%;然而至2011年,因为锂离子电池的广泛使用,日本镍氢电池市场份额降到了22%。

周教授随后介绍了锂离子电池的诞生以及科学家们对其的不断改进。锂离子电池的优势在于相较于镍氢电池更高的能量密度,且成本更低,因此在诞生之后迅速瓜分了镍氢电池的市场份额,成为最为广泛使用的二次电池。锂离子电池的原理是利用锂离子在两个电极间转运电子来充放电。锂离子电池能量密度高,但充放电时易发热,高电压下电池易损坏,导致人们对其的安全性担忧。科学家考虑使用新的材料提升锂离子电池的性质,比如考虑更换电池电解质,使用液态有机物、聚合物、固态等非水相电解质来提高电池的效率,以及更换正负极的材料,使之更轻便、安全。周教授还饶有兴致地介绍了下一代的高能储能技术——锂空气电池,这种电池的预估能量密度比现有的锂离子电池大得多,是有望引领电池革命的新式电池模型。2019年诺贝尔化学奖颁发给了美国得克萨斯大学奥斯汀分校的John B. Goodenough、美国纽约州立大学宾汉姆顿分校的 M. Stanley Whittingham、以及旭化成公司和日本名古屋明治大学的 Akira Yoshino等三位杰出科学家,以表彰他们在锂离子电池领域发展做出的巨大贡献。

本次讲座临近结束时,同学们围绕生活中的电池使用这个话题向周教授提了不少有趣的问题,周教授详细地解释了电池的“自放电”现象并给了同学们一些安全使用电池的建议,贴近生活的同时不失理论的深入,同学们听后掌声阵阵。这次讲座为我们展现了现代电池领域的相关发展图景,是一次不可多得的知识拓展。

点击次数:17 更新时间:2023-10-17【打印此页】【关闭】