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思想先驱——过去与现在:化学电源

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意大利科学家亚历山德罗·伏特(1745–1827)是电池的发明者,电压单位以他命名。

思想先驱 – 过去

亚历山德罗·伏特(Alessandro Volta):1800年,这位意大利物理学家在伦敦向英国皇家学会介绍伏打电堆,这是史上首款工作的电池。

Michael M Thackeray
Michael Thackeray 博士是美国伊利诺伊州阿贡国家实验室电化学储能部的杰出学者。

思想先驱 – 现在

Michael Thackeray:这位出生在南非的化学家是锂电池开发领域的顶尖科学家。锂电池是发展清洁能源的关键技术。

18世纪末的欧洲,发电是一种秘术,甚至是魔法。狂欢节上,艺人利用简易静电发生器创造出神奇而精彩的表演。不过,真正将人类带入电力时代的是亚历山德罗·伏特所取得的技术突破。这位发明家兼科学家开发出人类史上首款能够长期生成连续电流的装置。

早在青年时代,伏特便明确知道自己的追求。十多岁时,他自学电力基础知识。18岁时,他违背作为自己监护人的叔叔的意愿,决心投身研究实验科学。这个决定无比正确。他后来取得了突破性成果,特别是在电学领域。伏特开发出一种实用的起电盘,这一简易仪器能从静电中生成静电荷。1776年,在意大利科莫(Como)的一所高中担任物理教师的伏特发现了易燃气体甲烷,并利用它设计出一种被称为“伏特枪”的装置。伏特枪能产生电火花,点燃甲烷气体,可谓是打火机的前身。两年后,伏特成为意大利帕维亚大学(University of Pavia)实验物理学教授。

1787年,正在该校任教的伏特达到自己的事业巅峰。他测试了各种金属,发现当它们接触时会得到不同的电势,从而形成电压。随后,他将这一知识用于实践,发明出伏打电堆(详见文本框)。

伏特的这一发明是史上首个具有实用价值的电流源,包括电灯、发电机与电动机的整个电气化世界以此为根基。他的工作也为1802年首次批量生产电池奠定基础。亚历山德罗·伏特也因此名扬天下:位于伦敦的英国皇家学会授予伏特科普利(Copley)奖章,这是当时科学界的最高荣誉。拿破仑也对这位科学家赞赏有加,请他担任院士,并授予他伯爵称号。不过,伏特并未在生前获得自己的最大荣誉。1881年,在这位科学家逝世54年后,在巴黎举行的首届国际电力博览会将电压单位取名为:伏特。

Michael Thackeray 博士在南非比勒陀利亚(Pretoria)长大,从小酷爱科学。在开普敦大学读大二时,他被水晶的美丽深深吸引,并首次与化学结缘。“一盏明灯就此点亮”,Thackeray回忆道,“我当时就说,自己将来会从事这一领域的工作。”

1973年,获得化学理学硕士学位时,他从未想过自己会投身“乱糟糟的电池”行业。不过,他加入位于比勒陀利亚的南非科学与工业研究委员会(CSIR)时,恰逢中东石油危机爆发,全世界开始竞相开发可充电电池。当时,Thackeray 在 CSIR 的导师 Johan Coetzer 已开始研究晶体银离子导电性固体电解质,这使Thackeray 初步了解到了水晶结构与电能之间的关系。此后,他们合作开发出全新的高温钠电池与锂电池技术。

Thackeray 发现自己对金属锂的应用潜力产生浓厚的兴趣,于是申请进入英国牛津大学,与金属氧化物领域的世界权威 John Goodenough 教授共事。1981年,他举家迁往牛津,开始专注研究尖晶石氧化物电极在室温下的性能(详见文本框)。他对于锂嵌入反应的研究促成了多种尖晶石电极材料在锂离子电池中的应用——这也是当今电子设备与电动汽车所采用的主导充电技术。1994年起,Thackeray 在美国非营利机构阿贡国家实验室工作,率领团队开发出用于定置型储能系统的固态锂聚合物电池材料,并设计出复合电极结构,从而改善了锂电池的性能与安全。

现年67岁的 Thackeray 依旧致力于研究工作,通过在结构中添加尖晶石部件来升级复合电极。“这一方案的确前景广阔”,他说,“我们还在努力设法利用金属氧化物结构中的氧气能源。这项任务更具挑战性。”

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