锂电潜力已开拓至极限？天下必要一场新电池革命

（原问题：The explosive race to totally reinvent the smartphone battery）

网易科技讯 8月7日动静，据连线杂志报道，从智妙手机到条记本电脑，从电动汽车到电子烟，锂离子电池正为各类百般的电子产物提供动力。可是，跟着锂的潜力被开拓至极致，研究职员正在全力探求下一个电池打破点。

假如你在智妙手机上阅读这篇文章，这意味着你正拿着一颗“炸弹”。在防护屏下，锂（一种很是易挥发的金属，一旦与水打仗就会被点燃）的化合物正在被解析，并在强盛的化学回响中从头构建，这种化学回响为当代天下提供了不行或缺的动力。

锂正被应用在手机、平板电脑、条记本电脑以及智妙手表中，而且存在于我们的电子烟和电动汽车上。它身轻体软，且属于能量麋集型物质，这使它成为便携式电子产物的美满动力之源。可是，跟着斲丧技能变得越来越强盛，锂离子电池技能却始终难以跟上步骤。此刻，就在全天下都对锂上瘾之际，科学家们正争相从头发现为天下提供动力的电池。

庞大的发光屏幕、更快的处理赏罚速率、快速的数据毗连以及轻浮的计划时尚，这些都意味着很多智妙手机的电量很难支持行使一成天。偶然辰，手机用户乃至要多次充电。在行使两年后，许多装备的电池续航时刻城市急剧收缩，不得不被扔进垃圾堆。锂的庞大上风也是它最大的瑕玷。它是不不变的，也许会爆炸。锂离子条记本电脑电池的能量与手榴弹相差无几。Ionic Materials首创人兼首席执行官迈克·齐默尔曼(Mike Zimmerman)说：“口袋里有部智妙手机就像口袋里揣着火油一样。”

齐默尔曼在他位于美国马萨诸塞州沃本（Woburn）的公司研究尝试室，亲眼目击了这种燃烧结果。在一项尝试中，一台呆板通过电池组驱动钉子，电池组敏捷膨胀，就像微波炉里的爆米花一样，然后发出豁亮党肆光。已往50年的电池研究始终在机能和安详性之间走钢丝，即在不把锂推向极度的环境下，尽也许多地挤出能量。

我们此刻也在这样做。据猜测，到2022年，环球的电池市场局限将到达250亿美元。但斲丧者以为，在一项又一项的观测中，电池续航时刻是智妙手机最受存眷的成果。跟着将来十年能耗更高的5G收集遍及，题目只会越来越严峻。而对付那些可以或许办理题目的人来说，他们将会获得庞大的回报。

Ionic Materials公司只是数十家公司中的一员，它们正在举办从基础上从头思索电池题目的史诗比赛。不外，这场比赛被错误的初步、疾苦的诉讼以及失败的初创公司所困扰。但在颠末十年的迟钝成长之后，但愿仍在。天下各地的初创企业、大学和资金雄厚的国度尝试室的科学家们，正在行使伟大的器材探求新原料。他们好像即将大幅进步智妙手机电池的能量密度和续航时刻，并缔造更环保、更安详的装备，这些装备将在几秒钟内完成充电，并足够一连全天行使。

电池通过解析化学物质来发电。自从1799年意大利物理学家亚历山德罗·沃尔塔(Alessandro Volta)发现了电池，用来办理关于田鸡的争论以来，每块电池都有沟通的要害部件：两个金属电极——带负电的阳极和带正电的阴极，由被称为电解质的物质离隔。当电池毗连到电路时，阳极中的金属原子会产生化学回响。它们失去一个电子，酿成带正电荷的离子，并通过电解质被吸引到正极。与此同时，电子（也带负电荷）则会流向阴极。可是它并没有通过电解质，而是通过电路在电池的外部撒播，为它毗连的装备供电。

阳极上的金属原子最终会耗尽，此时意味着电池耗尽电量。但在可充电电池中，可以通过充电来逆转这一进程，从而迫使离子和电子回到原位，筹备再次启动轮回之旅。纯金属制成的电极无法遭受原子不绝收支的压力而不产生坍缩，因此可充电电池必需行使组合原料，使阳极和阴极通过一再的充电轮回保持外形。这种布局可被比作公寓构筑，个中有效于回响性元素的“房间”。可充电电池的机能在很洪流平上取决于你能以多快的速率在这些房间里收支，而不会导致构筑物坍毁。

1977年，年青的英国科学家斯坦·惠廷汉姆(Stan Whittingham)在新泽西州林登(Linden)的埃克森公司(Exxon)工场事变，他制作了一个阳极，用铝来形成“公寓街区的墙壁和地板”，用锂作为活性子料。当他给电池充电时，锂离子从阴极移动到阳极，在铝原子之间的旷地中沉淀。当放电时，他们向另一个偏向移动，通过电解质回到阴极一侧的空间。

惠廷汉姆发现了天下上第一个可充电的锂电池，这种硬币巨细的电池足觉得太阳妙手表提供动力。但当他试图增进电压（使更多离子收支）或试图制造更大的电池时，它们就会继承燃烧。1980年，在牛津大学事变的美国物理学家约翰·古德诺夫(John Goodenough)取得了打破。古德诺夫是一名基督徒，曾在第二次天下大战中接受美国陆军情景学家，他也是金属氧化物方面的专家。他猜疑，与惠廷汉姆行使的铝化合物对比，必定有某种物质能为锂提供更健壮的牢笼。

古德诺夫指导两名博士后研究职员体系性地在周期表中探索，用差异的金属氧化物对锂举办比对，看看在它们瓦解前能从个中抽出几多锂。最终，他们确定了锂和钴的殽杂物，后者是遍布非洲中部的蓝灰色金属。锂钴氧化物可以遭受半数锂被拉出的极限。当它被用作阴极时，这代表了电池技能向前迈出了一大步。钴是一种更精练、便宜的原料，既合用于小型装备也合用于大型装备，并且大大优于市场上的其他原料。

现在，古德诺夫的阴极险些呈此刻地球上的全部掌上装备中，但他并没有从中赚到一分钱。牛津大学拒绝申请专利，他本人也放弃了这项权力。但它改变了也许产生的工作。1991年，颠末10年的修修补补，索尼将古德诺夫的锂钴氧化物阴极与碳阳极团结在一路，试图改进其新型CCD-TR1摄像机的电池续航时刻。这是第一款用于斲丧产物的可充电锂离子电池，它改变了整个天下。

图：中国浙江省金华市坎迪工场的出产线上，可以鸟瞰无数电动汽车

（编辑：湖南网）

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