化学×物理

■ 文/ ChenyuZHU

锂电池获诺贝尔奖：比你出生还早的它，红得太晚

锂电池不是什么新鲜玩意儿，手机、笔记本电脑、相机、移动充电宝……我们早就熟悉了它的存在，可为什么最近才让人家走上“池生巅峰”，获得诺贝尔奖？

日本东京，2019年诺贝尔化学奖得主吉野彰（Akira Yoshino）在抵达日本旭化成株式会社（Asahi Kasei）时受到公司员工的热情欢迎。

“锂”是谁

你可以不看电视，不用电脑，但你能不刷手机吗？如果答案是否定的，就请赶快叩谢一直给手机续航的锂电池君吧。没有它，你的手机不是重如砖石，就是废铁一块。

“老锂”获奖的消息刷爆了我们的屏。很多人纳闷，为什么要给自己的老熟人锂电池颁诺奖。要回答这个问题，首先得明白“锂”是谁。

打开元素周期表，锂元素排在第三位，是所有金属中原子半径最小的，理论上作为电池的电极材料可以拥有很高的能量密度，也就是持久耐用，比其他电极材料都要更长情。但同时，它位于元素周期表第一主族，属于化学性质非常活泼的金属，可不是你想驾驭就驾驭得了的！

第一任老父亲

不少科学家在研发电池这条路上跌跌撞撞，踟蹰不前，时代在等待一位电池英雄诞生，而这个人就是前不久诺贝尔化学奖得主之一迈克尔·斯坦利·惠廷汉姆。

上世纪70年代，他在埃克森美孚公司的资助下，研究出第一代锂离子电池。在这种电池中，锂离子可以通过电解液嵌入层状结构的二硫化钛中产生电能（我知道你看不懂这句话，不重要），并且这个过程是可逆的，因此可以反复充电放电。于是，我们终于看到了新型电池的曙光。

惠廷汉姆发明的锂离子电池在化学原理上没有问题，奠定了锂电池的第一个里程碑，但万万没想到却被两个物理问题拖了后腿：在电池充电放电过程中，电池负极会长出树状的锂晶体，随着时间的推移，它会越长越大，最后刺破电池内部隔膜导致正负极短路。新闻里的“手机爆炸”往往都是这个原因导致的，这种电池就像一颗随时会爆炸的炸弹；另外，硫化钛正极材料本身存在缺陷，在充电过程中，它会不断从正极往负极移动，最终使得正极材料的身体被掏空，结构崩塌导致电池损坏。

随时可能爆炸，使用期有限，这样的锂离子电池就问你敢用不敢用！销量惨兮兮，导致投入巨大的埃克森美孚公司亏损严重。但惠廷汉姆的研究为后人改进锂电池奠定了基础。

第二任老父亲

解决正极材料问题的是和惠廷汉姆一起分享化学奖的另一位得主——固体物理学家约翰·古迪纳夫。正如其名，“足够好（古迪纳夫音译Goodenough）”先生把锂离子电池升级到了足够好。

经过他的不懈研究，最终找到了新的正极材料——钴酸锂和镍酸锂，用于代替第一代的二硫化钛。这两种材料解决了正极的崩塌问题。但由于第一代锂离子电池的失败，导致埃克森美孚公司蒙受巨大损失，业界对古迪纳夫的研究并不看好。就在大多数人对锂离子电池已经不抱希望的时候，工学教授吉野彰站了出来。

第三任老父亲

远在日本研发锂离子电池的他，在当时已经找到了石墨这一优秀的电池负极材料，可以说，与古迪纳夫的研究一拍即合。在看到古迪纳夫的研究后，他利用钴酸锂作为正极材料，石墨作为负极材料，做出了世界上第一块真正可以应用到电子产品中的锂离子电池，并在1991年，与索尼公司合作，生产出了第一款使用锂离子电池的“大哥大”手机。随后，带有锂离子电池的智能手机、无人机、智能手表等相继问世。

惠廷汉姆开了锂离子电池研究的先河，古迪纳夫让锂离子电池更加稳定高效，吉野彰在锂离子电池不被看好时力挽狂澜，三位科学家由于他们的杰出贡献被称为“锂离子之父”。

欠你一座诺贝尔奖

嗯！他们真厉害。所以诺奖评委早干啥去了，最近才想起给三位伟大的老父亲颁个奖。真的是他们太健忘吗？这就得说说锂离子电池对近年来大热的新能源汽车的影响了。

大部分人出生后看见的第一辆车是内燃机汽车。但你知道吗，电动汽车的发明其实比内燃机汽车更早。

1912年之前，电动汽车一直在市场份额上占有优势，后来，由于电池技术落后，不争气的电动汽车被历史凉凉，坟头草都长了三尺高。就像数码音乐K.O掉了音乐磁带。

本以为电动汽车永无出头之日，没想到，因为锂离子电池发展史上英雄辈出，电动汽车又被重新续了命。

我们总在提倡绿色出行，爱护环境，而内燃机汽车带来的污染，已经大到整个世界都无法忽视。新能源汽车简直承载了地球的希望！

如今，电动汽车又叫新能源汽车，路上“突突”驶过的绿牌车就是它本车无疑了。

锂电池君加油呀

或许没有锂电池的革新，我们也会试着重启电动汽车，不过路上的画风也许是这样的：一辆五座汽车只有前排两座坐人，后排囤着一块两吨重的电池，于是你在路边挥一挥衣袖，叫了声“taxi”，然后，一吨重的车加挂两吨重的电池驰骋在路上的画面，让你成为整条路上最拉风的仔。

不可接受！还好有锂电池断了这些可怕画面的路。

新能源汽车解决了汽车尾气对环境的污染，同时降低使用成本，还能让出行变得更便捷。或许在未来世界，我们不仅有路上跑的新能源汽车，还有空中飞的新能源飞机、海里行驶的新能源游船……锂电池推动了世界的发展，这个理由足以向所有人宣告“不以时间论英雄，三位‘锂离子之父’获诺奖实至名归”。