人類社會的發(fā)展離不開能源，幾次工業(yè)革命的發(fā)展都依賴于儲能技術(shù)的發(fā)展。今天，鋰離子電池為全世界提供著電力，從智能手機(jī)到電動汽車，鋰離子電池已經(jīng)無處不在，它為日益機(jī)動的世界掃平了障礙。與其他商業(yè)化的可充放電池相比，鋰離子電池由于其具有能量密度高、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬和安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，成為了各國科學(xué)家努力研究的重要方向。北京時(shí)間10月9日，美國科學(xué)家約翰·古迪納夫、斯坦利·惠廷漢姆和日本科學(xué)家吉野彰榮獲 2019 年諾貝爾化學(xué)獎，以鼓勵(lì)其開發(fā)鋰離子電池的卓越貢獻(xiàn)。
每一位科學(xué)家都是令人敬佩的“創(chuàng)業(yè)者”
每一位科學(xué)家的身后都曾經(jīng)有過一段深藏功與名的經(jīng)歷，或者是他們在學(xué)界默默無聞了很久甚至不被主流認(rèn)可，或者是他們的科研成果不被市場認(rèn)可，難以在行業(yè)具體應(yīng)用等等。諾貝爾化學(xué)獎獲得者吉野彰也曾說，開發(fā)出鋰電池后的起初3年都賣不出去，身心沉重、備受折磨。但是正如古迪納夫曾說的那樣，“我們有些人就像是烏龜，走得慢，一路掙扎，到了而立之年也找不著出路，但烏龜知道，他必須走下去”。
古迪納夫教授今年97歲，是諾貝爾最年長的獲獎?wù)?，被譽(yù)為鋰電池之父。今年6月，他受訪時(shí)稱自己有兩個(gè)心愿：第一是看著他最后一個(gè)博士學(xué)生畢業(yè)，第二是見證他的研究再次改變世界。而他走上物理學(xué)的道路本就充滿坎坷，而研究方向選為凝聚態(tài)材料就更有些戲劇化了。
當(dāng)年，古迪納夫考上了芝加哥大學(xué)的物理系，當(dāng)時(shí)是恩里克·費(fèi)米在管，結(jié)果費(fèi)米一上來就給新生安排了一場32小時(shí)的超級大考，每天8小時(shí)，連考4天，可憐的古迪納夫第一次考掛了，于是又考了第二次才過，總計(jì)64小時(shí)。
當(dāng)年，古迪納夫考上了芝加哥大學(xué)的物理系，當(dāng)時(shí)是恩里克·費(fèi)米在管，結(jié)果費(fèi)米一上來就給新生安排了一場32小時(shí)的超級大考，每天8小時(shí)，連考4天，可憐的古迪納夫第一次考掛了，于是又考了第二次才過，總計(jì)64小時(shí)。
- 選了齊納當(dāng)導(dǎo)師，齊納的開場白：“現(xiàn)在你有兩個(gè)問題。第一個(gè)問題是找到一個(gè)問題。第二個(gè)問題是把它解決掉。祝好運(yùn)。”于是他選了凝聚態(tài)材料，這輩子再沒離開過。
- 拿著軍方預(yù)算做了24年的磁性材料研究，做出了最初的RAM內(nèi)存所用材料，然后預(yù)算被砍，到處找下家，差點(diǎn)去了革命前的伊朗。
- 最終得到了牛津的offer，在54歲的年紀(jì)開始做電池。
- 57歲找到了鈷酸鋰材料。
- 但是因?yàn)橹暗谋ㄊ鹿?，沒人愿意接這個(gè)領(lǐng)域，牛津甚至不愿幫忙申請專利，最終把專利送給了一個(gè)政府實(shí)驗(yàn)室。后來專利被索尼買走繼續(xù)開發(fā)，成為了今天各種便攜設(shè)備電池的基礎(chǔ)，而古迪納夫沒有拿到錢。
- 后來做出的錳酸鋰電池在許多電動車?yán)锸褂茫?5歲的時(shí)候又做出了新的材料磷酸鐵鋰，比鈷廉價(jià)得多也更穩(wěn)定，常用于電動工具里。
科研工作是重復(fù)并且枯燥的，但是真正改變了世界并推動世界不斷發(fā)展的，是科學(xué)家。創(chuàng)業(yè)亦是如此，不被理解認(rèn)可會有，失敗也會有，走向成功的道路既不是光明也不會是平坦的，需要不斷努力、不斷創(chuàng)新、不斷突破。而正是科學(xué)家身上對“科技改變世界”的執(zhí)著追求使得一代又一代的人類更好地生存、繁衍。
鋰電池誕生前的電動汽車
說一個(gè)冷知識，電動汽車的發(fā)明其實(shí)比內(nèi)燃機(jī)汽車更早，直到1912年在市場份額上還占有優(yōu)勢。
但是后來，由于電池技術(shù)進(jìn)步緩慢而被歷史淘汰，正常來說，一項(xiàng)技術(shù)路線被淘汰后，永無出頭之日，例如液晶電視VS等離子電視。電動汽車之所以能夠在百年之后重返舞臺，正是因?yàn)殇囯x子電池發(fā)展史上英雄人物輩出，奇思妙想的劃時(shí)代技術(shù)突破，力挽狂瀾地給電動汽車?yán)m(xù)上了命。
For a rechargeable world
在三位獲獎人中，惠廷漢姆從原理設(shè)計(jì)開始，并發(fā)明了第一個(gè)鋰(金屬)-TiS2電池。此時(shí)，鋰金屬電池面臨著一大危機(jī)：枝晶。在充放電循環(huán)中，鋰在電場強(qiáng)度較大的尖端快速沉積，這一正反饋過程將會形成尖銳的枝晶，甚至可能導(dǎo)致內(nèi)部短路而爆炸。
古迪納夫后來發(fā)現(xiàn)了鈷酸鋰和磷酸鐵鋰等一系列電極材料，減少了枝晶短路的可能，進(jìn)而大幅提升鋰離子電池的穩(wěn)定性。吉野彰結(jié)合了石油焦電極，進(jìn)一步減少了枝晶的影響，將充放電循環(huán)增加到數(shù)百次，而性能沒有明顯下降，最終制造出了第一個(gè)商業(yè)化的可充電鋰離子電池。
推動汽車電動化的其他人物/公司
從歷史的角度看，鋰離子電池的發(fā)展光靠科研也不行，還必須依賴產(chǎn)業(yè)。推動汽車電動化的關(guān)鍵人物有：
- 本田宗一郎：本田汽車創(chuàng)始人，上世紀(jì)70年代，在加州空氣資源委員會推行清潔空氣法案被通用汽車阻撓的時(shí)候，發(fā)明新型燃燒室技術(shù)幫助加州證明法案的合理性，使得排放法案得以繼續(xù)推行。
- 姊川文彥：東京電力高管，21世紀(jì)初，在美日汽車行業(yè)均不看好的環(huán)境下，聯(lián)合三菱汽車與斯巴魯汽車推行電動車計(jì)劃，間接促使日產(chǎn)推出聆風(fēng)電動汽車。
- 伊隆馬斯克：與日產(chǎn)聆風(fēng)幾乎同時(shí)，用大規(guī)模的松下18650電池成功造出市場歡迎的電動汽車。
推動鋰離子電池商用的關(guān)鍵公司：索尼。1991年，索尼發(fā)布了第一個(gè)商用鋰離子電池，后來被廣泛地用在相機(jī)、手機(jī)中。鋰離子電池助力了消費(fèi)電子行業(yè)，改變了整個(gè)世界；反過來，消費(fèi)電子行業(yè)的巨大市場，也大大助力了鋰離子電池技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。如果沒有消費(fèi)電子的助推，在21世紀(jì)初的時(shí)候，也許根本找不到可以達(dá)到電動汽車應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的鋰離子電池——消費(fèi)電子行業(yè)助力鋰離子電池從1進(jìn)不到10，電動汽車行業(yè)才有機(jī)會在此基礎(chǔ)上繼續(xù)推進(jìn)。對電動汽車的發(fā)展來說，索尼功不可沒?？杀氖?，現(xiàn)在鋰電行業(yè)已沒有索尼的身影：索尼總是超前地做出驚艷的產(chǎn)品與技術(shù)，但無法堅(jiān)持到吃到勝利果實(shí)的一天。
在汽車的自動駕駛、智能互聯(lián)與電力驅(qū)動三個(gè)趨勢中，電力驅(qū)動技術(shù)給人心理上的沖擊，也許沒有自動駕駛那么大，乍一看甚至顯得不算是“劃時(shí)代”的突破。但如果站在歷史的長周期角度來看，鋰電池發(fā)展史，是人類不斷追求可充電電池理論極限的科技史。電力驅(qū)動的鋰離子電池關(guān)鍵技術(shù)的崛起，依賴于科研界與產(chǎn)業(yè)界的共同創(chuàng)新，過程中英雄故事數(shù)不勝數(shù)，才在極端不利的情形下幫助電動汽車百年之后重返歷史舞臺。這簡直就是一個(gè)奇跡。古迪納夫目前正在研制一種希望能夠存儲風(fēng)能和太陽能的超級電池，要足以讓電動汽車和內(nèi)燃機(jī)汽車真正匹敵。
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