从危险品到为智能手机续命,这个最伟大的发明终于拿到了诺贝尔奖

来源:QQ快报
责任编辑:李志喜
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智能手机维持一天的续航,让计算机装在了每个人的口袋。电动汽车日行百里,让无油的车也能跑在高速路上。这一切司空见惯的,无不拜锂电池所赐。

而它的发明者,美国化学家斯坦利·惠廷厄姆(Stanley Whittingham)、约翰·古德伊纳夫(John Goodenough)及日本化学家吉野彰(Akira Yoshino)在今天获得了科学界最高殊荣诺贝尔奖。

诺贝尔委员会表示:

锂离子电池已经彻底改变了我们的生活,从手机到笔记本电脑和电动汽车,锂离子电池无处不在。今年诺贝尔化学奖获奖者的工作为无化石燃料的社会奠定了基础。

而伦敦大学材料专家 Mark Miodownik 教授的评价或许能帮你更好地认识一下锂电池是一个多了不起的发明创造。「锂电视是影响每个人现代生活的最具影响力的材料科学之一。值得注意的是,尽管它们面世已经 30 年了,但直到现在,它们也没有因为更好的电池技术而黯然失色。

1962 年,锂这种活泼的金属首次被美国军方实验室引入电池设计之中。这是锂电池传奇的开始。

1976 年,石油公司埃克森美孚申请了锂电池发明专利。当时的石油公司都在为石油耗尽的那一天做准备,他们在寻找一种能够替代的石油的新能源。

这次诺贝尔获奖者之一的 Stan Whittingham 当时就拿着埃克森美孚给的无限经费,对除石油以外的所有能源进行基础的研究。他是锂电池发展史上发现可存储锂离子的层状电极材料的关键人物,他帮助埃克森美孚生产了「可充电」的锂电池。但在当时,锂电池的「可充电」还未真正实现。

随后在经济危机的影响下,断臂求生的埃克森美孚选择将这个专利授权给了三家公司,停止了对锂电池研发的资金支持。

?Stan Whittingham

1980 年,另一个获奖者 John Goodenough 在英国牛津大学发现了锂离子电池的阴极材质钴酸锂。

但在他发现钴酸锂之前,锂电池就已造成了不少爆炸事故。在那个谈「锂」色变的年代,牛津大学甚至不愿为此申请专利。最终,John Goodenough 想办法申请来的专利送给了一个政府实验室。

这个专利后来被索尼买走继续开发,成了今天各种便携设备电池的基础。遗憾的是, John Goodenough 一分钱都没拿到。

今天牛津大学的纪念牌,John Goodenough 等人在这个实验室里发现锂离子电池的阴极材质钴酸锂

1983 年,另一个诺贝尔获奖者吉野彰制出了世界第一个可充电锂离子电池的原型。

?吉野彰

但一切还没迎来胜利的曙光。

1985 年,加拿大公司 Moli Energy 推出了一款 AA 型锂电池,能量密度超过 100Wh/kg。但这款锂电池存在严重的安全隐患,产品在随后起火爆炸,携带锂电池的产品变成了易燃易爆的危险品。最后这家公司召回了全部已售产品,在年底破产,被日本电气收购。

但那个 AA 型锂电池母公司被收购的那一年,也是锂电池值得纪念的一年。

它被质疑,人们谈到它就像谈到手榴弹。但那一年,John Goodenough 的研究再度取得了重大突破。John Goodenough 发现采用聚电解质时,正极可产生更高的电压。

他的发现为等待已久的索尼送上了最后的「粮草」。

John Goodenough

1991 年,Sony 成功开发出了新的锂离子电池。当时索尼已经发明了用作锂电池负极的石墨,价格低廉,结构稳定,但没有合适的正极与之匹配。直到 John Goodenough 的新发现让索尼找到了适合的正极,稳定又可靠的锂电池真正成为了可能。

Sony 第一个商用锂电池的出现使我们的手机、电脑体积变小,但使用时间却大大延长。

我们开始步入便携式新能源时代。

在这个时代,手机对我们如此重要,如果没有锂电池,那么你的手机就只是一块(或许还可折叠的)砖头。

慢充保寿命,快充省时间。

充电两分钟,通话两小时。

……

这说的都是锂电池,但锂电池不仅仅改变了手机行业。你的笔记本电脑、手表、手环、阅读器、机器人、电动车都有它的身影。

它让电动车迎来了自己的黄金年代。

锂电池对电动能源车的作用,让刚刚拿到诺贝尔的最高龄获奖者 John Goodenoug 都十分挂心。目前仍在上班的这位 97 岁老人表示:

我的工作还没有完成。在钴氧化物阴极发明 35 年后,电动能源汽车在价格上仍然不能与传统的内燃机汽车竞争。而太阳能和风能发电的储存成本太高,只能立即使用。我们的前景不容乐观。

John Goodenoug

而提到锂电池,也不能不提人们都知道的特斯拉。这个公司和锂电池息息相关,其早期团队就包括锂电池专家 JB Straubel。它拥有自己研发的锂电池集成家用储能系统 Tesla Powerwall,有对多颗电池能源管理的技术,还有多个锂电池的研究专利。

特斯拉的创始人马斯克甚至说过「对特斯拉来说,电池未来可能是比电动车更大的生意。」

就在三个月前,马斯克还在自己的 Twitter 上表示,随着锂电池能量密度的提高,电动飞机将变得可行。

从索尼的第一个商用锂电池面世,到特斯拉今天对锂电池从未停歇的研究。几十年时间里,锂电池在我们的生活中也越来越重要。手机不到 100% 的电量,电动车限制的里程,民用无人机上天后还能返回的能量都和锂电池息息相关。

对我们越来越重要的锂电池曾和晶体管一起被视为电子工业中最伟大的发明。

但晶体管的发明人约翰·巴丁早在 1956 年就已经获得了诺贝尔物理学奖。

今天,锂电池的贡献者终于也获得了这一殊荣,因为他们为我们创造出了一个可充电的世界。

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