鋰電池，人人不離手的諾獎發明

葉臾

一年一度的諾貝爾獎在萬眾期待中依次揭曉，拿下諾貝爾化學獎的古德伊納夫、惠廷厄姆和吉野彰成了今年最受追捧的對象。究其原因，除了這三位得獎者的人生故事精彩以外，還因為他們研究的鋰電池與生活息息相關。我們每個人的手機里都有一塊鋰電池，離開了它，現代人簡直沒法活。

鋰是密度最小的金屬，具有最高的能量重量比，這意味著它可以用最輕的體積產生最高的電壓。因為這種特性，20世紀初化學家們就開始研究制造鋰電池的可能性。不過，鋰元素非常活躍，無論是加工還是保存都對環境要求比較高，尤其是在有水或有氧氣的條件下，很容易燃燒或爆炸。這在一定程度上限制了鋰電池的應用，因此在很長一段時間里，鋰電池研究并未得到足夠重視。

1973年，西方世界出現了石油危機，很多國家迫切地尋找化石替代能源和更好的儲能方式，鋰電池重新進入了科學研究視野。當時在美國埃克森石油工作的惠廷厄姆知道鋰很容易釋放電子，非常適合做電池陽極，而他需要找到能夠在陰極捕獲鋰離子的高密度材料。后來他發現二硫化鈦非常適合，于是有了最早的鋰電池，其電量存儲是鉛酸電池的10倍、鎳鉻電池的5倍。

不過，惠廷厄姆的成果存在一個致命缺陷，就是如果給他的鋰電池反復充電，金屬鋰就會從陰極跑出來，可能導致短路，引發爆炸等事故。所以，這種鋰電池無法得到廣泛應用。

接下來，古德伊納夫登場了。當時在牛津大學任教的他認為只有把陰極換成其他材料，鋰電池的潛力才能真正發揮。1980年，他用鈷酸鋰替代結構相似的二硫化鈦，不僅解決了短路問題，還實現了重復充電，電池功率達到了初期的兩倍。

幾乎同時，日本企業也加強了鋰電池研發。旭化成株式會社的吉野彰繼承了古德伊納夫的研究成果，在陰極繼續使用鈷酸鋰，但在陽極改用可以儲存鋰離子的碳基材料。通過這一改進，整個電池徹底消除了純鋰，只剩下鋰離子。從鋰電池到鋰離子電池的這一步跨越，不僅讓鋰電池變得更加安全，也為其大規模商用創造了條件。

新技術從發明到落地都需時日。直到1991年，索尼公司才在世界上首次將鋰電池運用到實際電子產品中，而鋰電池產業迎來真正的大爆發則是4年之后。1995年，微軟推出了新的操作系統，大大推動了筆記本電腦市場的規模，手機和互聯網時代也拉開序幕，鋰電池銷量呈幾何級增長。進入21世紀后，電動汽車成了鋰電池的另一重要應用領域。特斯拉等公司以鋰電池為動力，開啟了新能源汽車的新時代。

盡管鋰電池有很多優勢，但隨著社會發展，其瓶頸也越來越明顯。例如，安裝鋰電池的新能源汽車在續航方面不能滿足消費者需求;有瑕疵的鋰電池仍會發生爆炸事故;被廢棄的鋰電池也是一個潛在污染源。

現在，科學家正在尋找更清潔的能源和更好的能源儲存方式，這將是一場持久戰。從目前看，未來很長一段時間，鋰電池仍將在生活中扮演重要角色，直到更先進的科學產品將其替代。