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充电一分钟等待三十年

发布时间:2020-11-20 14:00:38
充电一分钟 等待三十年 原创: AI财经社作者 AI财经社撰文 / 芙蓉王编辑 / 赵艳秋0120世纪70年代,中东爆发石油危机,当时石油的价格只有煤炭的一半,产油国不干了,搞了个OPEC组织,以石油为武器对抗欧美国家。结果是油价飙升,战火连绵。一方面是巨额财富潮水般涌入中东,中东产油国个个都像城中村的拆迁户,一夜暴富。石油储量最丰富的沙特,财政收入在1971年只有14亿美元,到石油危机后暴增到1000亿美元。石油美元的滚滚而来,让这些不毛之地迅速沉浸到资本主义的纸醉金迷中。海湾地区成了土豪的代名词,豪车遍地,高楼大厦在沙漠上拔地而起。但另一方面,石油危机也让欧美和日本这些工业国损失惨重。美国石油巨头埃克森开始寻求石油的替代品,在全球招募了一批研究人员应对石油危机,英国人威廷汉(Whittingham)就是其中之一。用诺贝尔奖官方的话来说,锂离子电池的基础是在1970年代的石油危机期间奠定的。商业的需求快速推动科技的进步。1976年,威廷汉就在埃克森公司着手开发出了锂离子电池的雏形。他通过研究超导体发现了一种能量极为丰富的材料金属锂,将其用于电池的阴极,而电池的阳极由二硫化钛制成,这种材料具有强烈的释放电子的动力。由此,威廷汉开发出了一种可在常温下工作的可充电锂离子电池。埃克森公司还因此申请了世界上首个锂电池的发明专利。图/视觉中国但因为二硫化钛电化学性能并不稳定,导致锂电池极易爆炸,无法商用。虽然商业上不成功,但威廷汉提出的原理,成为了之后锂离子电池成功商业化的基石。威廷汉被引用最高的文章就是一篇介绍锂离子电池的综述,介绍了电池正极材料的研发历史和未来走向。当时,因为麻省理工学院研究项目被砍而被迫跑到英国牛津大学教化学的古迪纳夫(Goodenough,足够好先生),很快在威廷汉的基础上,提出以钴酸锂为锂电池正极材料,这种材料不仅解决锂电池爆炸的问题,还可以产生多达4伏的电压,电池由此可以做得更小、容量更大,也就开启了电子设备便携化的道路。之后,古迪纳夫又发明了磷酸铁锂的电极材料。但古迪纳夫的研究成果却未能得到英国人的重视,最后被索尼捷足先登。上世纪80年代后期,日本科学家吉野彰研制出了第一款可商用的锂离子电池。他沿用了古迪纳夫开发的高压钴酸锂材料,并在负极使用了低温石墨材料,将电池变得更加安全,这让锂电池真正发扬光大。而用吉野彰的话说,他与古迪纳夫的关系形同父子。石墨负极的应用在一定程度上解决了之前锂电池的枝晶生长问题,原先金属锂电池有个致命的缺陷,它的表面会形成一些“小毛刺”,专业术语叫枝晶。随着在电池的使用,这些枝晶会越长越大,最终会刺破电池正负极之间的隔膜,造成短路,引起电池自燃。但这种锂电池开发出来的最初3年完全卖不出去,吉野彰精神上、身体上压力都很大。1992年,索尼在吉野彰和古迪纳夫的研发基础上,商用了锂电池。此类以钴酸锂作为正极材料的电池,至今仍是便携电子器件的主要电源。在媒体的报道里,锂电池有好几个“爹”,获得诺贝尔奖的这三个人都曾被媒体誉为“锂电池之父”。其实三个人对锂电池的贡献是一脉相承的,各自在前人的基础上一步步创新改进,这也是为什么诺奖颁给这三个人,而不是其中的一个。但毫无疑问,三个人在锂电池领域都是教父般的存在。三名获奖者中,97岁高龄的古迪纳夫获得的关注最多,除了他对锂电池做出的杰出贡献外,其自身传奇的经历也加分不少。这位足够好先生的出身也足够好,父亲是耶鲁大学的学者,他自己也考入了耶鲁,学的是古典文学,中途为了凑学分,又学了两门化学课程,但他毕业时拿的是数学学士学位。因为赶上了第二次世界大战,足够好先生又加入了美国空军,后来在政府的资助下,被选拔去芝加哥大学物理系深造,师从稳压二极管发明人、诺贝尔奖获得者Clarence Zener,并获得了固态物理博士学位,一直从事物理材料的基础研究。开挂的人生才刚刚开始。1976年,古迪纳夫已经年过半百,他的经历以及从事的工作都还与他后来的事业没有太多关联。但人生的转机正是发生在这一年。古迪纳夫到英国牛津大学任教,并兼任无机化学研究负责人,开始了对固体化学的研究。图/视觉中国为了宽慰焦虑的中年人,大家喜欢举的例子是,马云39岁才创办阿里巴巴,任正非43岁创办华为,褚时健74岁包山种橙,如今又多了一个鼓舞人心的案例,诺贝尔化学奖得主古迪纳夫54岁才开始进入化学领域。不再年轻的你,是不是觉得应该做些什么了。看起来,一切都不晚。022004年,日本大阪警察逮捕了一位员工和一名大学生,理由是涉嫌盗窃电气制品。这里的电气制品既不是电风扇,也不是充电宝,两个人只是因为自己的随身设备没电了,用室外的插座偷了电,涉案金额还不到1日元。其中那位员工在深夜把一家餐厅招牌的插座拔下来,给自己的手机充了5分钟。这位大学生则是把超市自动售货机的插头拔了,换上了自己的收音机充电。虽然涉案金额微乎其微,但在当地已经构成了偷电行为,秉公执法的警察,还是对两人进行了缉捕。日本人民真的是太难了,没电和没网成了21世纪年轻人的头号公敌。好在其他地方的法律没这么严,不然iPhone用户估计得关进去一大批。当时市面上的手机电池还以镍镉电池为主。摩托罗拉研发的第一代大哥大的重量超过了1公斤,电池的重量和体积几乎占据了手机机身的一半,六根镍镉电池用胶带绑在了一起,放置在一个绿色的电池仓里。 图/视觉中国锂电池之前,行业用的充电电池还是铅蓄电池、镍镉电池和镍氢电池,铅和镉因为是重金属,给环境带来了非常大的压力,当年的日本“痛痛病事件”,镍镉电池被认为是元凶之一。除了污染环境,镍镉和镍氢电池也有非常大的短板,存在严重的记忆效应。如果电量没用完就充电,会让电池容量下降,影响电池的使用寿命。所以后来即便锂电池没有了记忆效应,但被那个年代教育出来的用户都还牢记,把电量耗尽再充电是对一块电池最基本的尊重。除了使用效率不高,充电速度还非常慢,第一代大哥大的通话时长只有20多分钟,而给这六节电池充满电需要10个小时。锂电池的出现很快在消费电子产品上大放异彩,几乎所有便携式电子设备都有锂电池的功劳。最先将锂电池商用的是索尼公司,但令人惋惜的是,锂电池一直没有成为索尼的主营业务,对亏损忍无可忍的姨夫最终在2016年以11亿元人民币的价格将电池业务卖给了村田制作所。索尼当年做锂电池的初衷是为了满足自家摄像机的需要,索尼摄像机部门信誓旦旦地认为,每销售1台摄像机,必定能卖出多块电池。结果事与愿违,每台摄像机对应的电池组的销量平均仅为1.2块,销售成绩一塌糊涂。1994年,戴尔成了索尼的救星,戴尔旗下笔记本电脑采用了索尼锂电池,当时戴尔打出的广告语是,“可以在飞机上从纽约用到洛杉矶。”两地的飞行时长多达6个小时,这在当时已经是非常奢侈的事情。图/视觉中国刚刚拿到大单的索尼,次年锂电池工厂就发生了火灾,超过100万块电池被烧毁。刚有点起色就被一把火烧得焦头烂额,关键是这件事情对消费者的信心打击很大,锂电池当时还是新鲜事物,经不起太多风吹草动。起火原因是工人没有采用高阻燃性的托盘材料,意外产生的小火苗瞬间蔓延开来。好在官方没有把锂电池定性为危险品,这得以让锂电池在之后越来越多的电子消费品上应用。不过,自己的研究成果被广泛应用于手机上后,吉野彰并没有享受到什么福利,他对手机有抗拒感,直到最近也没把手机带在身边。除了消费电子产品,锂离子电池也在动力电池领域正在大施拳脚,掀起汽车的革命。奔驰母公司戴姆勒已经宣布停止对汽油发动机的开发和规划,全部转向电力驱动和燃气机。我国的海南省规定今年3月1日起逐步禁止燃油汽车的销售,工信部已经试点制定禁售燃油车时间表。以前汽车的心脏是发动机,现在变成了动力电池。电动车的核心动力总成是电池系统+驱动系统+电控组成的大三电系统,动力电池的成本占汽车总成本的25%-40%。形势在发生改变,以前只要是车企大厂都需要在发动机上拿到绝对的话语权,以确保品牌的核心竞争力和利润。现在,权力慢慢转移到了电池厂商的身上。戴姆勒已经放弃了电芯生产,全球最大的汽车零部件巨头博世也放弃自制动力电池的尝试,退出这个主机厂正在疯狂涌入的“超级赛道”。动力电池已经开始出现供应紧张的局面。马斯克因为松下的电池供应不足大为不满,而LG等这些掌握动力电池供应的企业变得非常强势,一言不合就涨价。丰田则选择和比亚迪合作,开发新能源汽车。图/视觉中国2017年10月,欧洲委员会能源联盟成立欧洲电池联盟,两年后,欧洲九国又成立了第二个汽车电池联盟,宝马、巴斯夫等厂商都选择了加入。正如吉野彰所言,锂电池在重新定义汽车的未来。20世纪曾发生过三次石油危机,每一次都带来全球经济的动荡,甚至局部战争的爆发,而化解石油危机除了需要各国政治的博弈,锂电池也在起着至关重要的作用。足够好老爷子甚至开始担心锂资源像石油一样成为战争导火索,显然,锂离子电池的发展已经在推动能源上的革命。03诺贝尔奖有个怪论,越想得到就越得不到。2019年诺贝尔和平奖的热门人选是瑞典16岁的环保少女桑伯格,这位怒目圆睁的姑娘曾在联合国的舞台上斥责全球政要,重复频率最高的一句话是:“How dare you”(你们怎么敢这样),咬牙切齿,恨不得把特朗普这些人千刀万剐,一时之间也成了媒体宠儿,英国博彩公司将桑伯格视为诺贝尔和平奖的“领跑者”。结果今年的诺贝尔和平奖颁给了埃塞尔比亚总理。类似的情况在诺奖历史上一次次出现。每年诺奖评选,村上春树都会被拿出来消费,仿佛全世界的读者都认为他该得奖,只有诺贝尔基金会的评委不这么认为。媒体跑去问诺奖基金会,为什么村上春树落选,得到的回复是四个字:无可奉告。小李子陪跑了22年的奥斯卡才最终如愿,陪跑诺奖14年的村上春树还得有点耐心才行。如果觉得委屈,作家残雪在今年3月接受采访时的话或许能宽慰一下村上春树,“诺贝尔文学奖也不过是个以通俗作品为主的文学奖罢了,含金量很低吧。”事实上,锂电池领域这三位顶级科学家之前早已经荣誉等身,拿遍了各种大奖。足够好先生几乎荣获了科学界、物理学、化学和工程学所有重大荣誉和奖项,包括费米奖、德雷珀奖以及奥巴马为他颁发的国家科学奖章。吉野彰获得的荣誉包括日本紫绶褒章、俄罗斯全球能源奖、欧洲发明家奖以及德雷珀奖工程奖。显然,他们唯独没有拿到科学界的皇冠——诺贝尔奖。他们或许不会在乎奖金,但要说不在乎诺奖的荣誉是不可能的。吉野彰的妻子透露,丈夫关注诺贝尔奖已经有15年之久。终于等到你,还好没放弃。图/视觉中国但当吉野彰获得诺贝尔奖的消息传回日本后,东京放送的记者脑洞大开,采访了吉野彰年轻时经常光顾的夜店。日本电视台真的是一个神奇的存在。那里的妈妈桑回忆,吉野彰在25年前就坐在夜店的沙发上说自己一定会获得诺贝尔奖。跟他一样在苦苦等待的还有足够好先生,他被调侃为化学界的村上春树。而最早提出锂电池结构的威廷汉从2015年开始就出现在了汤森路透发布的“诺贝尔奖得主预测”名单中。2001年,日本政府搞了一个备受争议的“诺贝尔奖计划”,提出“日本应在以诺贝尔奖为代表的国际级科学奖获奖数量上与欧洲主要国家保持同等水平,力争在未来50年里使诺贝尔奖获奖人数达到30人。”没想到,日本之后的获奖数量出现井喷,19年时间有19位日本人获得了诺贝尔奖,当年定下的KPI,轻松完成了三分之二。中国人在诺奖数量上屈指可数。在没有拿过诺奖之前,勤劳聪慧的中国人民起初是极度渴望,后来是表面上不屑,一个三四线北欧小国颁发的奖没什么含金量。再后来随着莫言和屠呦呦获奖,人们的心态也就平和了,政府的态度更不像日本那么激烈,也就北京通州制定了一条诺奖得主租房享受100平米住房补贴的政策。虽然不盛产诺奖,但中国却在锂电池的产业化上扳回了一城。处处抢尖拔上的美国,最亮眼的锂电池生产商A123在2018年已经破产。卖吹风机和吸尘器的英国戴森最近决定放弃造电动车,转而做动力电池。但在锂电池的产业上,几乎已经是中日韩三国争霸。中国有宁德时代、比亚迪,日本有松下、TDK、村田、东芝,韩国有三星SDI、LG化学。宁德时代已经占有了全球27%的市场份额,以前买锂电池要和索尼搞好关系,现在估计得和福建的宁德时代搞好关系了。 图/视觉中国最近半个世纪里,晶体管和阿帕网的发明大放异彩,任何溢美之词都不足以称赞这些革命技术给人类带来的贡献,它不仅带来了信息革命,也催生了一大批伟大企业。1956年,晶体管的发明人获得了诺贝尔物理奖,集成电路的发明人也在2000年拿下了诺贝尔物理奖。相比之下,在背后默默支撑的锂电池常常被忽视,一直没能得到诺奖青睐。电池归根结底是化学反应,不遵循半导体行业的摩尔定律,因而很难在一年半载中获得日新月异的发展。三星手机和特斯拉、蔚来汽车的自燃在一遍遍警示人类,锂电池的能量密度越来越接近极限。整个行业在另辟蹊径,大家开始了充电技术的探索,从普通快充到65W的超级快充,不仅有线充电,还能无线充电。这里的逻辑在于,手机的续航被锂电池牢牢按在了地上,聪明的人类改进充电效率,半个小时甚至更短时间给一部手机充满电,最大程度地降低续航带来的不便。之前的消费电子,包括摄像机、收音机、笔记本电脑、手机等,创造了无数的应用场景,接下来,锂电池将在电动汽车上大放异彩。尽管时不时出现自燃,但电动汽车无疑有着光明未来。在电动汽车动力电池上,尽管也在研发各种各样的电池,包括石墨烯、核、钠离子,但目前看来,锂电池依然不可替代。诺贝尔化学奖公布后,众望所归,足够好老爷子的中国学生说,他早就应该获此殊荣。从之前研发的钴酸锂材料,到后来的磷酸铁锂,90多岁高龄的古迪纳夫又已经把目光放在了固体锂电池上,这将在汽车电池上产生重大影响。他在去年一次采访中说:“我想让汽车尾气从全世界的高速公路上消失。我希望死前能看到这一天。我今年96岁,还有时间。”一百年前,日本发明家丰田佐吉在帝国发明协会发布悬赏:向开发出输出功率为100马力,重量60贯以下,体积10立方尺以下,能够连续运行36小时的电池的日本人奖励100万日元。按照当时的金价换算,这笔奖金大约相当于现在的1.3亿元人民币,比诺贝尔奖金还丰厚。而如今的锂离子电池早已能驱动汽车的行驶,诺贝尔奖却迟迟未能表彰这一功绩。根据诺贝尔基金会的规定,诺奖原则上不颁给已故之人。古迪纳夫已经97岁高龄,诺贝尔基金会玩的也是心跳,好在足够好先生足够优秀,终于在有生之年等到了诺贝尔奖的肯定。他也成为了诺奖历史上最年长的获奖者。在圈内人看来,足够好先生应该获得的是诺贝尔物理学奖,最终得到的是化学奖。不管怎样,这是一位科学家最圆满的结局,也是对锂电池对现代社会贡献的莫大肯定。借用正义的一句名言,荣誉有时会迟到,但不会缺席,历史会给出公正的评价。我们从《财经天下》周刊出发,以新媒体的形式和节奏、以传统媒体求实的精神,致力于传播真正有价值的报道。 THE END本文由AI财经社原创出品,未经许可,请勿转载。阅读原文新闻推荐第26届亚太经合组织财长会聚焦全球经济金融形势2019年10月14-15日,第26届亚太经合组织(APEC)财长会在智利圣地亚哥举行。中华人民共和国财政部官网图新华社圣地亚哥10月15...双鸭山白癜风治疗中心
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