“馴服”鋰離子 創(chuàng)造一個“超長待機”的世界

2019年，諾貝爾化學獎頒發(fā)給了研發(fā)鋰離子電池的科學家。

好事多磨，眾望所歸。

三位科學家，他們“馴服”了鋰離子，為所有人創(chuàng)造了一個可重復充電“超長待機”的世界。時至今日，鋰離子電池這種輕巧、可充電且功能強大的發(fā)明，出現(xiàn)在每個人都熟悉不已的手機、筆記本電腦、電動汽車等幾乎所有電子類產品中。它還可以存儲來自太陽能和風能的巨大能量，從而使無化石燃料社會成為可能。

人人都愛鋰離子電池

現(xiàn)在，于全球范圍內，你都能看到鋰離子電池正在為人類的日?；顒犹峁﹦恿?。其中最常見的方式就是為便攜式電子設備供電。

我們離不開它。因為每天你都要使用這些便攜式電子設備進行通訊、工作、學習、聽音樂以及搜索知識。同時，鋰電池還促進了遠程電動汽車的開發(fā)，以及對可再生能源（例如太陽能和風能）的能量存儲。

追溯起來，鋰離子電池的基礎，其實是在1970年代的石油危機期間奠定的。今年的獲獎者之一斯坦利·惠廷厄姆，致力于開發(fā)可能帶來無化石燃料能源技術的方法。他通過研究超導體發(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力。

雖然一個電池就此產生了。但是金屬鋰相當活潑，容易發(fā)生化學反應，導致電池具有爆炸性，還無法使用。

正負極材料的艱難選擇

被譽為“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。經過仔細地搜索與研究，他在1980年證明了嵌入了鋰離子的氧化鈷，可以產生高達4伏的電壓。這是一項重要的成果。

突破出現(xiàn)在1985年，在古迪納夫對電池陰極研究的基礎上，今年獲獎者之一吉野彰終于成功創(chuàng)建了首個商業(yè)上可行的鋰離子電池。他沒有在陽極中使用反應性鋰，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(shù)百次。而這種鋰離子電池最大優(yōu)點在于，它們不再是基于分解電極的化學反應，而是基于鋰離子在陽極和陰極之間來回流動。

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，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的基礎——而這一點，對人類的現(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獎。所以很多年來，每年的預測熱門領域，都有鋰離子電池的身影。

其實，正是鋰電池的出現(xiàn)拓寬了晶體管的應用范圍?？缮虡I(yè)化生產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備。于是，智能手機、筆記本電腦、平板電腦迅速擠占了市場。是電池技術的突破，為便攜電子設備行業(yè)帶來了極大的變革。

現(xiàn)在的鋰電池產業(yè)，年產已經接近幾十億美元。這個世界仍在需要鋰離子電池，這個世界更需要一個綠色的未來。（張夢然）