“馴服”鋰離子 創(chuàng)造一個(gè)“超長(zhǎng)待機(jī)”的世界

2019年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給了研發(fā)鋰離子電池的科學(xué)家。

好事多磨，眾望所歸。

三位科學(xué)家，他們“馴服”了鋰離子，為所有人創(chuàng)造了一個(gè)可重復(fù)充電“超長(zhǎng)待機(jī)”的世界。時(shí)至今日，鋰離子電池這種輕巧、可充電且功能強(qiáng)大的發(fā)明，出現(xiàn)在每個(gè)人都熟悉不已的手機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)汽車等幾乎所有電子類產(chǎn)品中。它還可以存儲(chǔ)來自太陽(yáng)能和風(fēng)能的巨大能量，從而使無化石燃料社會(huì)成為可能。

人人都愛鋰離子電池

現(xiàn)在，于全球范圍內(nèi)，你都能看到鋰離子電池正在為人類的日常活動(dòng)提供動(dòng)力。其中最常見的方式就是為便攜式電子設(shè)備供電。

我們離不開它。因?yàn)槊刻炷愣家褂眠@些便攜式電子設(shè)備進(jìn)行通訊、工作、學(xué)習(xí)、聽音樂以及搜索知識(shí)。同時(shí)，鋰電池還促進(jìn)了遠(yuǎn)程電動(dòng)汽車的開發(fā)，以及對(duì)可再生能源（例如太陽(yáng)能和風(fēng)能）的能量存儲(chǔ)。

追溯起來，鋰離子電池的基礎(chǔ)，其實(shí)是在1970年代的石油危機(jī)期間奠定的。今年的獲獎(jiǎng)?wù)咧凰固估せ萃⒍蚰?，致力于開發(fā)可能帶來無化石燃料能源技術(shù)的方法。他通過研究超導(dǎo)體發(fā)現(xiàn)了一種能量非常豐富的材料，將其用于在鋰電池中創(chuàng)建新的陰極——它由二硫化鈦制成的，該二硫化鈦在分子水平上具有可以容納（嵌入）鋰離子的空間。

電池的陽(yáng)極部分，則由金屬鋰制成，這種金屬具有強(qiáng)烈的釋放電子的動(dòng)力。

雖然一個(gè)電池就此產(chǎn)生了。但是金屬鋰相當(dāng)活潑，容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致電池具有爆炸性，還無法使用。

正負(fù)極材料的艱難選擇

被譽(yù)為“鋰電池之父”的約翰·古迪納夫曾作出了一項(xiàng)預(yù)測(cè)，他認(rèn)為如果使用金屬氧化物而不是金屬硫化物制成陰極，則陰極將具有更大的潛力。經(jīng)過仔細(xì)地搜索與研究，他在1980年證明了嵌入了鋰離子的氧化鈷，可以產(chǎn)生高達(dá)4伏的電壓。這是一項(xiàng)重要的成果。

突破出現(xiàn)在1985年，在古迪納夫?qū)﹄姵仃帢O研究的基礎(chǔ)上，今年獲獎(jiǎng)?wù)咧患罢媒K于成功創(chuàng)建了首個(gè)商業(yè)上可行的鋰離子電池。他沒有在陽(yáng)極中使用反應(yīng)性鋰，而是使用了石油焦炭，這種碳材料，可以像陰極的氧化鈷一樣，讓鋰離子嵌入。

于是，人們看到了一種重量輕且堅(jiān)固耐用的電池，在其性能下降之前甚至可以充電數(shù)百次。而這種鋰離子電池最大優(yōu)點(diǎn)在于，它們不再是基于分解電極的化學(xué)反應(yīng)，而是基于鋰離子在陽(yáng)極和陰極之間來回流動(dòng)。

徹底改變了你我的生活

自從1991年，日本索尼公司將鋰離子電池首次投入市場(chǎng)，這種電池就徹底改變了我們的生活。一方面原因，它是當(dāng)今社會(huì)最主要的便攜式能量源；另一方面，它們奠定了無化石燃料社會(huì)的基礎(chǔ)——而這一點(diǎn)，對(duì)人類的現(xiàn)在和將來意義巨大。

鋰電池曾和晶體管一起被視作“電子工業(yè)中最偉大的發(fā)明”，而晶體管的發(fā)明人巴丁，早已在1956年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。所以很多年來，每年的預(yù)測(cè)熱門領(lǐng)域，都有鋰離子電池的身影。

其實(shí)，正是鋰電池的出現(xiàn)拓寬了晶體管的應(yīng)用范圍。可商業(yè)化生產(chǎn)的鋰電池走到人們身邊，告訴人們無需再依賴需要晶體管的笨重電子設(shè)備。于是，智能手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦迅速擠占了市場(chǎng)。是電池技術(shù)的突破，為便攜電子設(shè)備行業(yè)帶來了極大的變革。

現(xiàn)在的鋰電池產(chǎn)業(yè)，年產(chǎn)已經(jīng)接近幾十億美元。這個(gè)世界仍在需要鋰離子電池，這個(gè)世界更需要一個(gè)綠色的未來。（張夢(mèng)然）