三位科學家因鋰電池而獲諾獎 你離不開的鋰電池

北京時間10月9日，2019年諾貝爾化學獎揭曉，均分900萬瑞典克朗獎金的三位科學家分別是美國的約翰·B·古迪納夫、M·斯坦利·威廷漢和日本的吉野彰，他們獲獎的原因是發明了輕便的可攜帶鋰電池，推動了電子設備的便攜化。其中古迪納夫今年97歲，打破了去年物理學家阿瑟·阿什金的記錄，成為獲獎時年齡最大的諾貝爾獎得主。

仔細算一下的話，900萬瑞典克朗大約摺合人民幣645萬元左右，也就是説，如果按人民幣計算，每人平均分得200多萬元。不過，三位科學家為社會帶來的財富可遠遠超過這個數字，僅我國2016年鋰電子產業規模就達到1280億元，佔全球的40%左右。更為關鍵的是，如果沒有鋰電池，從電子手錶、智能手機、數碼相機、筆記本電腦到智能可穿戴設備，這些都將無從談起。可以説，如果沒有鋰電池，特別是可以充電的鋰離子電池，電子消費產品不會像今天這般普及，人類社會的模樣將大為不同。

鋰電池一般分為鋰電池和鋰離子電池，前者不可以充電，比如汽車鑰匙裏常見的紐扣電池；後者則是充電電池，比如如今的智能手機電池。科學家很早就意識到，鋰在電池方面大有可為，這是因為，作為一種鹼金屬，鋰的密度最小，比水還要輕，是最輕的鹼金屬元素，且在已知元素中金屬活動性最強，並且，鋰的電荷密度很大並且有穩定的氦型雙電子層，使得鋰容易極化其他的分子或離子，自己本身卻不容易受到極化。還有一點不容忽視，雖然位列稀有金屬，但鋰在地球上的儲量卻不稀有，已知含鋰的礦物有150多種，我國的鋰礦資源也非常豐富。

早在1855年，科學家們就通過電解氯化鋰得到了大塊的鋰。最早的鋰電池是由愛迪生髮明的，但是在很長一段時期，由於鋰金屬的化學特性活潑，加工和使用的環境要求高，所以鋰電池並沒有得到應用。後來，微電子技術發展，電子設備逐漸小型化，鋰電池才有了更多應用舞台，最早投入實際應用的鋰電池，是用於心臟起搏器。

作為可充電電池，鋰離子電池依靠鋰離子在正負極之間移動來工作。20世紀70年代，威廷漢採用硫化鈦作為正極材料，用金屬鋰作負極，製成首個鋰離子電池。不過，由於鋰的化學反應強烈，所以後來的研究方向，逐漸變成尋找鋰化物來替代金屬鋰用於電池。從20世紀90年代中期開始，鋰離子電池逐漸投入應用。

1980年，古迪納夫和日本科學家水島公一在牛津大學發現可用於鋰離子電池的鈷酸鋰。1985年，鈷酸鋰被旭化成公司的吉野彰運用開發電池陰極，徹底摒棄金屬鋰，完成了最初的可商業化的鋰離子電池，到1991年，索尼公司和旭化成公司成功發佈第一個商用鋰離子電池。從此，“大哥大”不見了，筆記本電腦走向市場，各類攜帶式電子設備的重量和體積大大減小，使用時間也得以延長。另外，由於鋰離子電池不含有金屬鎘，所以不會像鎳鎘電池那樣產生鎘污染。