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

2019年，諾貝爾化學(xué)獎頒發(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)可重復充電“超長(cháng)待機”的世界。時(shí)至今日，鋰離子電池這種輕巧、可充電且功能強大的發(fā)明，出現在每個(gè)人都熟悉不已的手機、筆記本電腦、電動(dòng)汽車(chē)等幾乎所有電子類(lèi)產(chǎn)品中。它還可以存儲來(lái)自太陽(yáng)能和風(fēng)能的巨大能量，從而使無(wú)化石燃料社會(huì )成為可能。

人人都愛(ài)鋰離子電池

現在，于全球范圍內，你都能看到鋰離子電池正在為人類(lèi)的日?；顒?dòng)提供動(dòng)力。其中最常見(jiàn)的方式就是為便攜式電子設備供電。

我們離不開(kāi)它。因為每天你都要使用這些便攜式電子設備進(jìn)行通訊、工作、學(xué)習、聽(tīng)音樂(lè )以及搜索知識。同時(shí)，鋰電池還促進(jìn)了遠程電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)，以及對可再生能源（例如太陽(yáng)能和風(fēng)能）的能量存儲。

追溯起來(lái)，鋰離子電池的基礎，其實(shí)是在1970年代的石油危機期間奠定的。今年的獲獎?wù)咧凰固估せ萃⒍蚰?，致力于開(kāi)發(fā)可能帶來(lái)無(wú)化石燃料能源技術(shù)的方法。他通過(guò)研究超導體發(fā)現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。但是金屬鋰相當活潑，容易發(fā)生化學(xué)反應，導致電池具有爆炸性，還無(wú)法使用。

正負極材料的艱難選擇

被譽(yù)為“鋰電池之父”的約翰·古迪納夫曾作出了一項預測，他認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(guò)仔細地搜索與研究，他在1980年證明了嵌入了鋰離子的氧化鈷，可以產(chǎn)生高達4伏的電壓。這是一項重要的成果。

突破出現在1985年，在古迪納夫對電池陰極研究的基礎上，今年獲獎?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(méi)有在陽(yáng)極中使用反應性鋰，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固耐用的電池，在其性能下降之前甚至可以充電數百次。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，而是基于鋰離子在陽(yáng)極和陰極之間來(lái)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，它是當今社會(huì )最主要的便攜式能量源；另一方面，它們奠定了無(wú)化石燃料社會(huì )的基礎——而這一點(diǎn)，對人類(lèi)的現在和將來(lái)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。所以很多年來(lái)，每年的預測熱門(mén)領(lǐng)域，都有鋰離子電池的身影。

其實(shí)，正是鋰電池的出現拓寬了晶體管的應用范圍?？缮虡I(yè)化生產(chǎn)的鋰電池走到人們身邊，告訴人們無(wú)需再依賴(lài)需要晶體管的笨重電子設備。于是，智能手機、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，為便攜電子設備行業(yè)帶來(lái)了極大的變革。

現在的鋰電池產(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(lái)。（張夢(mèng)然）