諾獎頒發(fā)在即 對鋰電池正負極均有貢獻的日本有望斬獲嗎？

在有關(guān)電池的實用性上，不少日本研究人員作出了巨大的貢獻。今天下午，諾貝爾化學獎將在瑞典揭曉，日本對此期望很高。下面大致梳理了該國在電池應用方面的研究和發(fā)展。

已知，電池由正負兩個電極組合而成，要將其小型化，就必須使用能夠產(chǎn)生高電壓的電極，如果把易發(fā)生電化學反應的鋰作為電極，就可以在鎳鎘電池等上進行循環(huán)，但是，鋰元素如果直接用于金屬的話，又有起火的危險。

70年代后期，英國牛津大學教授約翰古德伊納夫（John Goodenough）等人發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰可用于二次電池的正極，20世紀80年代，研究人員“希望制造出小而輕，可以多次重復使用的安全電池”由此產(chǎn)生了可充電電池（二次電池）。85年，旭化成名譽院士吉野彰發(fā)現(xiàn)了正極為鈷酸鋰，負極為碳材料的組合，由此獲得了新型電池的專利，這是目前鋰離子電池的原型。

正極的開發(fā)有日本人的貢獻

根據(jù)日本朝日新聞報道，最先想到在正極使用鈷酸鋰的其實是當時在古德伊納夫手下的東芝的水島公，他是調(diào)查物質(zhì)的物性物理學的研究者。

水島面臨的課題是開發(fā)可重復使用的充電電池（二次電池）電極。他首先瞄準的是高性能的鋰電池，但是在電極上的金屬鋰元素容易導致短路，有起火或爆炸的危險，而用化合物的話，安全性會較高。硫化物作為正極電極，在當時最有希望，但在進行實驗的過程中，于1978年夏天在實驗室發(fā)生了爆炸事故。

水島于是放棄了硫化物，在古德伊納夫的建議下，決定用氧化物制造硫化物，雖然不太了解電池，但在日本進行的鐵體研究中，他對氧化物的性質(zhì)非常了解。

在嘗試了數(shù)個材料做了大量實驗后，有一次使用鈷酸鋰時，水島發(fā)現(xiàn)電流很大，由此發(fā)現(xiàn)可作為鋰離子電池的正極。但是，當時一直沒有發(fā)現(xiàn)能與正極組合的負極材料，人們也無法想象鋰離子電池有一天會真正實現(xiàn)應用。

被鋰離子電池改變的社會

體積小、重量輕、持久耐用”等因素一直是鋰離子電池的特點，與鎳鎘電池相比，儲存同樣容量的電，前者無論是在大小還是重量上都只需三分之一，而且可充電次數(shù)加倍，這一優(yōu)點使得鋰離子電池被應用在手機上，從而推動了手機的普及。

根據(jù)微鋰電團隊了解，1987年推出的初代手機只有900克左右，使用的是鎳鎘電池。95年左右配備鋰離子電池的手機重約150克，后經(jīng)過不斷改良，鋰離子電池變得更小更耐用。

靠著其領(lǐng)先世界的電池技術(shù)，鋰離子電池的生產(chǎn)也持續(xù)增長。根據(jù)日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省的調(diào)查，2018年鋰離子電池的國內(nèi)銷售數(shù)量為13億3千萬個，是20年前的5倍以上，而電的總?cè)萘渴钱敃r的17倍。

鋰離子電池巨大成就的背后，也發(fā)生了手機和電腦起火、異常發(fā)熱等問題。2013年，該國一架噴氣式客機飛行時，機體上的鋰離子電池也出現(xiàn)了冒煙的情況。為了防止發(fā)熱和短路，日本采取了多種安全措施。

電池發(fā)展現(xiàn)狀

電動汽車（EV）和蓄電系統(tǒng)等用途也變得多樣化。根據(jù)富士經(jīng)濟（東京）的調(diào)查，18年世界市場規(guī)模約為4兆日元，預計到2022年將超過7兆日元，其中約一半用于汽車。

從世界來看，英法政府于2017年宣布，到2020年為止，將禁止以汽油等方式驅(qū)動的車輛的銷售。世界第一和第二大經(jīng)濟體中國和美國也強化了對汽油車的限制，電動汽車普及的步伐由此加快。

電動汽車電池還能成為家里的電力來源。如果太陽能充電系統(tǒng)得到普及，不依靠汽油、石油等礦物燃料的能源“地產(chǎn)地消”將成為現(xiàn)實。汽車和住宅企業(yè)也開始了電動汽車和太陽能發(fā)電等的配套服務。

電池用于智能手機和電動汽車，其基本功能不變，但是動力電池對于溫度變化、沖擊的耐受力有很大的要求。另一方面，作為正極材料使用的鈷等原料的供給源有限，因此存在環(huán)境破壞和價格暴漲的憂慮。

為此，使用鎳和錳等代替鈷的電池已進入實用化階段，電極間的電解液也將替換為固體，新型鋰離子電池的研究也將得到進一步推進。

鋰離子電池的發(fā)明人吉野彰曾表示，“鋰離子電池是世界走向移動IT社會的時候產(chǎn)生、成長起來的”，“希望這樣的電池能成為解決環(huán)境問題的基礎(chǔ)?！?/p>

吉野彰早前被日媒認為有可能獲得諾貝爾化學獎，但其對電池領(lǐng)域的巨大貢獻，是無法單純用獎項來定性的。