2019 年诺贝尔化学奖授予锂电池，这项技术如何改变了我们的生活？第1页

zhangkangkang 网友的相关建议:

锂电池的发明并不是人类科技树的必然结果，而是一项奇迹。

如果没有M. Stanley Whittingham与John B. Goodenough英雄史诗一般的贡献，也许我们现在还生活在一个没有锂电池的世界里。

Goodenough老爷子已经年近百岁，依然奋战在科研一线，再不给他发个诺贝尔奖可能就来不及了！

他拿这个奖可以说是众望所归！

为什么这么说呢？来听听他们的故事吧！

锂电池诞生前的电动汽车

电动汽车的发明其实比内燃机汽车更早，直到1912年还在市场份额上占有优势^[1]。

后来由于电池技术进步缓慢而被历史淘汰，坟头草都有三尺高了！ 正常来说，一项技术路线被淘汰后，永无出头之日，例如液晶电视vs等离子电视。

电动汽车之所以能够在百年之后重返历史舞台，正是因为锂离子电池发展史上英雄人物辈出，奇思妙想的划时代技术突破，力挽狂澜地给电动汽车续上了命。

能量密度，绕不开的“锂”

1859年，法国人普兰特于发明经典的铅酸蓄电池，这是一款非常成功的发明，直到今天还被普遍使用。

但是，如果把它用到车上，就会暴露出巨大的问题：能量密度太低！

有多低呢？给出下面这张图来直观理解：左下角的Lead-Acid就是铅酸蓄电池，与现在常用的NCM622锂离子电池相比，重量能量密度与体积能量密度都低4倍左右。

汽车的应用场景比较特殊：

一是对体积比较敏感，谁也不想牺牲座舱与后备箱空间来装电池；
二是对重量比较敏感，若电池能量密度太低，可能就要面临1吨的车+2吨的电池才能跑500公里的窘境，这不仅不经济，从环保的角度来说也是不可接受的！

与铅酸蓄电池相似，镍镉电池、镍氢电池的能量密度也没改善多少。若没有新的高能量密度电池，电动汽车将永无出头之日。

能量密度为啥低呢？

我们知道，电池充放电可以理解为氧化还原反应。

初中化学告诉我们：化学性质主要由最外层的电子决定，内层电子都是光吃饭不干活；电子很轻倒也没啥，但为了电荷平衡，不干活的内层电子也需要配上很重的质子。

打开元素周期表^[2]，容易找到铅(Pb)在第6排，有5层不干活的电子；镍(Ni)在第4排，有3层不干活的电子。这就从原子的角度决定了：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池的能量密度潜力都是有限的！

为了减少懒汉数量，提高整体效率，我们还是从元素周期表的前2行来找找潜力股：氢氦锂铍硼、碳氮氧氟氖。

知乎万赞神文^[3]分析指出：氧与氟都是氧化剂，排除；氦、氖、氮都是惰性或准惰性气体，排除；碳和氢其实就是石油，已经用过了，也做不成充电电池，排除。

单独放出知乎万赞神文的链接，写得非常好，推荐大家阅读 https://www. zhihu.com/question/2352 7698/answer/24852443

那么就只剩下锂、铍、硼，它们的电子转移数/原子量分别为14%、22%、28%[3]。再考虑到2个因素：

锂电极电势是全元素周期表最低^[4]：做成电池后电压最高；若转移同等数量电子(电流相同)，对应的功率也最高。
锂元素的储量比较高：如上面那张图，地壳中锂元素的丰度比铍和硼要高一个数量级。

可能还有其它因素，但我不清楚。不管怎么说，大家达成了一个共识：在造物主的这个时空次元中，能量密度最高的充电电池，大概率是基于锂元素做出来的！

惠廷汉姆： “告别化学反应”的锂离子电池

充电/放电伴随着化学反应，例如铅酸蓄电池在充电时：

在上面这个化学反应中，硫酸铅变成了铅单质与氧化铅，意味着化学键的断裂与重组、物质结构的巨大变化。

关于物质结构，大家熟悉的另外一个例子就是不同结构的碳：金刚石、石墨、C60、碳纳米管。

课间提问：石墨变成金刚石，是物理反应还是化学反应？

早期的锂电池在工作时，也是伴随着化学键的断裂与重组，这也就是所谓的“锂转化”(Conversion)。

负极通常为锂金属，发生的反应为：

等等，这个化学式怎么那么熟悉？这不就是导致电动汽车自燃的元凶“锂枝晶”化学反应吗^[5]？

在当前的锂离子电池中，锂枝晶现象仅在超快充、过充等极少数异常情形下才发生，就已经有如此大的危害。

早期锂电池竟然以“锂枝晶”为基本反应，把砒霜当成便饭来吃，岂不是非常危险？

事实的确如此，售出数百万早期锂电池的加拿大公司Moli Energy，一年之内发生数起安全事故而破产。日本NEC将Moli Energy收购之后研究发现：这种以“锂枝晶”为基本反应的早期锂电池，在5000次循环之后几乎全部出现故障失效与安全事故^[6]！

以锂金属为负极的锂电池，安全事故不是偶然是必然，不是个别是全部！这个结论将锂电池打入冷宫，行业上下一遍悲观。站在这个时间点，几乎没人会相信，几十年后电动汽车又能重返舞台！

如果“锂转化”(Conversion)的技术路线困难重重，那我们避开不就可以了吗？说的容易，要知道那时候所有的充电电池，包括铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池，都是基于“转化”(Conversion)反应的！

时代在等待一位英雄，于是M. Stanley Whittingham(迈克尔·斯坦利·惠廷汉姆)出现了！

他指明了除“锂转化”(Conversion)之外的另外一个技术路径：锂嵌入(Intercalation)。

通俗易懂地讲：以特殊的层状材料作为宿主(hosts)，锂离子(Li+)作为客人(guests)可以较为随意地嵌入（Intercalation）或脱出，基本不影响宿主的物质结构。

在锂嵌入(Intercalation)系统中，锂离子不必再经历痛苦的转化(Conversion)。“告别化学反应”之后，锂离子变得潇洒飘逸很多，有诗为证：

轻轻地我走了， 正如我轻轻地来， 挥一挥手， 不带走一片云彩。

当然，必须严肃地指出：锂嵌入(Intercalation)中锂离子看起来仅发生了物理运动，但本质上依然是化学反应。

锂嵌入(Intercalation)带来很多好处，大大提高了充放电反应的可逆性；也避免使用锂金属作为负极，提高了安全性。

从锂转化”(Conversion)到锂嵌入(Intercalation)，是锂电池的技术革命。因为这个贡献，惠廷汉姆被称为“锂电之父”(Founding Father of rechargeable lithium ion battery)^[7]。

注：
1) 惠廷汉姆提出锂嵌入的机理是在Moli Energy之前(1976年)，但在Moli Energy事故(1989年)之后，正负极均采用锂嵌入机理的锂离子电池才被重视，从而走上历史舞台。
2) 实际上，Moli Energy并未无视惠廷汉姆的贡献，正极采用的正是锂嵌入机理的材料，但在出事故的负极上采用了基于锂转化的金属锂。
3) 将负极材料替换为锂嵌入机理的石墨碳的关键人物，正是获得本次诺贝尔奖的第三个人吉野彰(Akira Yoshino)。
作为史话，为叙事方便、控制篇幅，本文未严格按时间先后顺序讲述；同时也省略了大量细节与一些作出重大贡献的科学家，这并不代表故意漠视他们的贡献。

最后要提一下的是，锂嵌入(Intercalation)在电极电势上占优势，但在能量密度上占劣势。

很容易理解，若以锂金属作为负极储存锂离子，那材料利用率肯定很高。正因为如此，基于锂转化”(Conversion)的锂金属电池技术路线虽然困难重重，但为了更高能量密度的锂电池，现在科学家们还是硬着头皮前仆后继地投入研究。

Goodenough先生：老骥伏枥，志在千里

惠廷汉姆指明了锂嵌入(Intercalation)的技术方向，但距离做出锂离子电池还有很长的距离。锂电池历史上第二位英雄人物出场了，他的名字很特别： John Bannister Goodenough(约翰·班尼斯特·古迪纳夫)。

以前读论文，见到“Goodmann”(好人先生)就已经让我足够吃惊了，而这位巨匠的名字明显更胜一筹：“Goodenough“(足够好的先生)。

没有最好，无须更好，咱们只要“足够好“

这位老先生的故事更精彩，这篇文章写得很好了，推荐阅读^[8]。直接放出链接吧：

概括一下，Goodenough先生最让人敬佩的是：

年过半百才投入锂电池研究，以一己之力发现了大部分关键正极材料：层状结构的钴酸锂(LiCoO2 lattice structure)、尖晶石结构的锰酸锂(LiMn2O4 spinel structure)、橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO4 olivine structure)。

今年已经98岁，Goodenough先生依然奋战在科研一线，希望为下一代锂固态电池做出突破^[9]。下图是了95岁生日照片，看起来精神还不错^[10]！

我真的是发自内心地佩服，衷心祝愿：好人一生平安！

推动汽车电动化的其他人物/公司

惠廷汉姆和Goodenough的科研贡献，奠定了锂电池大发展的理论与技术基础。

从历史的角度来看，锂电池的大发展光靠科研也不行，还必须依赖产业。产业界也涌现了不少英雄人物，限于篇幅，他们的故事在此只能用一句话概括。

推动汽车电动化的关键人物：

本田宗一郎：本田汽车创始人。上世纪70年代，在加州空气资源委员会推行清洁空气法案被通用汽车阻挠的时候，发明新型燃烧室技术帮助加州证明法案的合理性，使得排放法案得以继续推行下去。他的故事在这篇文章里有简述：

姊川文彦：东京电力高管。21世纪初，在美日汽车行业均不看好的环境下，联合三菱汽车与斯马鲁汽车推行电动车计划，间接促使日产推出聆风电动汽车。
伊隆马斯克：与日产聆风几乎同时，用大规模的松下18650电池成功造出市场欢迎的电动汽车。

推动锂离子电池商用的关键公司：索尼

1991年，索尼发布了第一个商用锂离子电池，后来被广泛地用在相机、手机中。

锂离子电池助力了消费电子行业，改变了整个世界；反过来，消费电子行业的巨大市场，也大大助力了锂离子电池技术与产业的迅速发展。

如果没有消费电子行业的助推，在21世纪初的时候，也许根本找不到可以达到电动汽车应用标准的锂离子电池 —— 消费电子行业助力锂离子电池从1进步到10，电动汽车行业才有机会在此基础上继续推进。

对电动汽车的发展来说，索尼也功不可没。可悲的是，现在锂电行业已没有索尼的身影：索尼总是超前地做出惊艳的产品与技术，但无法坚持到吃到胜利果实的一天。

也许这就是“索尼大法好“？

关于“索尼大法好“的更多故事，参见此回答： https://www. zhihu.com/question/3944 0692/answer/84973673

小结

在汽车的AI(自动驾驶)、Connectivity（智能互联）与e-tron(电力驱动)三个趋势中，电力驱动技术给人心理上的冲击，也许没有自动驾驶那么大，猛一看显得不算是“划时代“的突破。

今天，我们已经习惯了锂离子电池技术带来的便利，觉得这项技术稀松平常，没什么特别；但是，穿越到20世纪70年代，如果你说锂离子电池将大规模应用于消费电子与汽车行业，大家也许会觉得你是个疯子！

类比地，今天我们觉得自动驾驶技术惊骇世俗，但在30年后的人们眼中，可能也觉得这只是稀松平常的技术，没什么特别。所以，我们不能凭借主观上的冲击力来判断哪项技术“划时代“，哪项技术很一般，而应该站在历史的长周期角度来判断。

如果站在历史的长周期角度来看，锂电池发展史，是人类不断追求可充电电池理论极限的科技史。电力驱动的锂离子电池关键技术的崛起，依赖于科研界与产业界的共同创新，过程中英雄故事数不胜数，才在极端不利的情形下找到一个突破口，帮助电动汽车百年之后重返历史舞台。

这简直就是一个奇迹，称之为“划时代“并不夸张。

本文节选自本人的知乎文章： 有哪些「划时代」的存在，「突破」了你现有的认知？

参考

^ https://zhuanlan.zhihu.com/p/60374236
^ Nitta N, Wu F, Lee J T, et al. Li-ion battery materials: present and future[J]. Materials today, 2015, 18(5): 252-264.
^究竟是什么限制了电池的容量？ https://www.zhihu.com/question/23527698/answer/24852443
^ https://baike.baidu.com/item/%E6%A0%87%E5%87%86%E7%94%B5%E6%9E%81%E7%94%B5%E5%8A%BF%E8%A1%A8/10733667?fr=aladdin
^ https://www.zhihu.com/question/321156142/answer/659113692
^锂想的兴起、破灭与复兴——从锂电池到锂离子电池 https://mp.weixin.qq.com/s/esb1J6Bz0UPEsZdx3IDKzQ
^ https://en.wikipedia.org/wiki/M._Stanley_Whittingham#Research
^锂电专利的战争 https://mp.weixin.qq.com/s/VoQMoZlKE5AXE5x_qJondg
^ https://en.wikipedia.org/wiki/John_B._Goodenough
^ https://www.axios.com/battery-pioneer-1528047409-d0515380-1881-4e96-891f-3763eaa84666.html

zhong-ke-yuan-wu-li-suo 网友的相关建议:

就在刚才

2019 年诺贝尔化学奖授予 John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham, Akira Yoshino，以表彰他们在锂电池领域的贡献。

这里面特别值得一提的是，约翰·班尼斯特·古迪纳夫（John B. Goodenough），也就是我们标题里面所说的「足够好」老爷子，今年已经 97 岁高龄了。在此之前，这个记录由 96 岁高龄获得 2018 年诺贝尔物理学奖阿瑟·阿什金（Arthur Ashkin）的保持。

锂电池已经深入到我们日常生活的方方面面，这个领域能获奖也是众望所归。今天我们就来给大家简单聊聊锂电池里面的历史。

人类社会的发展离不开能源，几次工业革命的发展都依赖于储能技术的发展。今天，锂离子电池为全世界提供着电力，从智能手机到电动汽车，锂离子电池已经无处不在，它为日益机动的世界扫平了障碍。与其他商业化的可充放电池相比，锂离子电池由于其具有能量密度高、循环寿命长、工作温度范围宽和安全可靠等优点，成为了各国科学家努力研究的重要方向。

锂离子电池是一种二次电池（可充电电池），主要由正极、负极、电解液、隔膜、外电路等部分组成。在电池内部，带电的原子，也被称为离子，沿着两个电极之间的路径运动，并产生电流。锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充电过程中，锂离子从正极材料中脱出，经过电解液传输至负极，电子经外电路从正极（阳极）运动到负极（阴极）；而在放电过程中，锂离子和电子的运动方向则与充电过程相反。在当前最常见的一种可反复充放电的锂离子电池中，其正极是钴酸锂材料，负极是碳材料。

1912年，锂金属电池最早由吉尔伯特·牛顿·路易士（Gilbert N. Lewis）提出并研究，但由于锂金属的化学性质非常活泼，使得锂金属的加工、保存和使用对环境要求非常高，使得锂电池长期没有得到应用。

20世纪70年代，美国爆发石油危机，政府意识到对石油进口的过度依耐性，开始大力发展太阳能和风能。但由于太阳能和风能的间歇性特点，最终还是需要可充电电池来储存这些可再生的清洁能源。

此时，宾汉姆顿大学化学教授斯坦利·惠廷厄姆（M. Stanley Whittingham）在纽约起草了锂电池的初始设计方案，采用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成了首个新型锂电池。

锂离子电池是由锂电池发展而来，随着科学技术的发展，现在锂离子电池已经成为了主流。

锂离子电池的基本概念，始于1972 年米歇尔·阿曼德（M. Armand）等提出的“摇椅式”电池（rocking chair battery）。在锂离子电池的研究中，正负极材料的研发，是锂离子电池发展的关键所在，有五位杰出的科学家在此方面做出了重要的开创性贡献，特别是美国奥斯汀得克萨斯大学机械工程及电子工程系教授约翰·班尼斯特·古迪纳夫（John B. Goodenough）为现在商业化正极材料的发展做出了卓越的贡献。

他在57岁时建造了锂离子电池的神经系统，钴酸锂（LiCoO2）正极材料是他的智慧结晶。他的这一材料，几乎存在于当前每一款流通的便携式电子设备中。

另一个重要的正极材料磷酸铁锂（LiFePO4）也是他的重要贡献之一。1997年，以他为主的研究群报导了磷酸铁锂可逆地迁入脱出锂的特性。磷酸铁锂是目前最安全的锂离子电池正极材料，不含任何对人体有害的重金属元素。作为钴酸锂和磷酸铁锂等正极材料的发明人，古迪纳夫在锂离子电池领域声名卓著，是名副其实的“锂离子电池之父”。

去年，已经 97 岁高龄的古迪纳夫先生在 Nature Electronics 上刊文，回顾了可充电锂离子电池的发明历史，并对未来发展指明了道路。

正极材料的研究成果，最终指引日本名古屋市的旭化成公司（Asahi Kasei）以及名城大学的吉野彰（Akira Yoshino）教授制备出了第一个可充电锂离子电池：以钴酸锂作锂源正极材料、石油焦作负极材料、六氟磷酸锂（LiPF6）溶于丙烯碳酸酯（PC）和乙烯碳酸酯（EC）作电解液的可充放二次锂离子电池。

这个电池成功应用到索尼公司最早期移动电话中，并在1991年开始商业化生产，标志着锂离子电池时代的到来。在这随后的每天里，世界各地的科学家们都在测试和开发更为高效和安全的锂离子电池。

“

参考文献

[1] Armand, M.; Tarascon, J. M., Building better batteries. Nature 2008, 451 (7179), 652-657.

[2] Tarascon, J. M.; Armand, M., Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries. Nature 2001, 414 (6861), 359-367.

[3] Armand, M.; Murphy, D.; Broadhead, J., Materials for Advanced Batteries. 1980.

[4] 李泓, 锂离子电池基础科学问题（XV）——总结和展望. 储能科学与技术 2015, 4 (3), 306-318.

[5] Nishi, Y., The development of lithium ion secondary batteries. The Chemical Record 2001, 1 (5), 406-413.

出品 | 科普中国

制作 | 中科院物理所科学传播协会

监制 | 中国科学院计算机网络信息中心

sun-ya-fei-48 网友的相关建议:

关于诺贝尔奖的回答已经很多了，我们谈点其他的吧，比如，过去，顺便，再谈谈未来。

锂离子电池对生活的影响，这个问题对我们80年代出生的人来说，感受可能最为深刻，因为我们同时对两个物品都很熟悉：一个是随声听，还有一个就是智能手机。

我在淘宝上搜索到了这个：

镍镉电池

这个叫“镍镉电池”，90年代末期到本世纪初，曾经风靡大江南北。

这种镍镉电池可以充电，常见的有5号和7号两种规格，自然也就可以广泛应用在遥控器、玩具等各种场合，但是真正让它流行起来的原因，和随身听为代表的早期电子设备有着密切关系。

在那个时代，随身听几乎是中学生标配，因为英语听力逐渐推广成为考试必考项目，所以孩子就算是骗家长说是听英语，家长也会咬咬牙给买一台。

其实现在想起来随身听也没有太贵，我买的第一台是一百多，一般家庭还是负担得起。但是用起来了之后，就发现一个新的问题——电池用不起。

那个时候的南孚还有点奢侈，但是普通电池也要五毛钱一节，一般的随身听都是装四节，先进点的是两节，听不了几个小时，所以穷人家的孩子为什么能学好呢？因为他们的随身听，真的只是用来听英语，不敢听别的玩意儿。

镍镉充电电池的出现，让这个尴尬出现了转机。这种电池在当时很贵，一节需要十几块钱，但是买四节一般会搭上充电器，我自己买的时候，一套下来是六十多块钱。但是，能够充电实在是太美好了，收音机随便听，一直到随身听坏掉，都没有再买新的电池。实际上，镍镉电池的寿命非常长，循环寿命可以超过900次，使用年限也可以达到25年，而且很耐过充和过放，所以既可以一直开着随身听睡着，也可以插上充电器就不管，并不会损坏电池。

所以，镍镉电池是个好东西，和随身听是绝配。便携式设备，电池是耗材，不像遥控器几年都不用换电池，可充电的电池（二次电池）能够降低不少成本。这个时期，正是手机开始大规模发展的前夕。

顺理成章，早期的手机电池，也是镍镉电池为主。

不用说，这个好东西最后被锂（离子）电池取代了，但它其实很顽强地活着，只不过3C产品很少再用它了。我们知道的直接理由是，锂电池的能量密度更高，但是这并不是全部。

从上面的图片不难看出，一节镍镉电池的电量是1000 mAh，市面上也有到1800 mAh的，而我们目前手机的电量一般是2000 mAh以上，的确存在差距，但是并不夸张。考虑到成本上的优势，镍镉电池似乎不应该退得这么彻底才是。

但是如果实际用过这种充电电池，就很容易理解背后的逻辑了。

最关键的问题是，镍镉充电电池存在记忆效应（并不是这一技术所有的电池都这样，但是常用的5号和7号电池都有记忆效应）。

所谓记忆效应，就是当电池只放电到一定程度，或者只充电到一定程度，下一次循环的时候，电量或者电压会出现明显的下降，就好像电池记住了上一次反应的程度一样。

本质上讲，记忆效应就是电池内部的可逆反应不能完全进行了。

镍镉电池的正极是氧化镍，负极是金属镉，氧化还原反应对是这样的：

NiOOH + H2O + e- → Ni（OH）2 + OH-

1/2 Cd + OH- → 1/2 Cd（OH）2 + e-

（高中生不妨留意一下，说不定明年有些地方的高考题会考到）

镍是有可变价的，可以变成二氧化镍，也就是4价的镍，4价的镍又会和水反应，产生出氧气。整个反应体系是碱性的，氢氧化物容易絮凝，活性下降。

总的来说，镍镉电池的电极反应并不像上面写的反应式那么利索，实际充放电的时候，指不定会发生什么幺蛾子，体现在宏观的现象，就包括了记忆效应。当然记忆效应也有办法缓解，比如过充就是一个办法，让正极尽可能彻底氧化，电极反应可以重新进行。

在实际使用的时候，记忆效应的影响就非常大了。比如有人买了电池之后，不知道先过充一次，完成循环，第一次充电就不满，那么这电池基本就废了。又或者因为记忆效应，电池的电压不稳，那么听音乐的感受就会很有趣了。一般5号电池的电压是1.5伏，镍镉充电电池一般是1.2伏，本来就低，然后再不稳，遇到磁带转动阻力大的时候，随身听就会卡一下，播放的效果，就好像是播音员嘴突然瓢了一样。

更不要说，镍镉电池还有个严重的缺陷——污染环境，镉是重金属，对人体的危害比较严重。

这样的情况，如果用在手机中，可以想象，由此可能造成各种问题。所以，早期的手机，一般都会装有备用电池，而且随时可以拆下来更换，因为它并不让人省心。

在镍镉电池过渡到锂离子电池期间，其实还有另一种电池短暂地客串了一下，那就是镍氢电池。

镍氢电池（实在没找到不带商标的图）

和镍镉电池一样，镍氢电池现在也仍然顽强地活着，但是3C产品中，也已经很难找到它的身影。

镍氢电池是在镍镉电池的基础上发展来的，只不过负极从金属镉换成了金属-氢的结合物。

（公式就不写了，作业还是要自己做）

它的能量密度要略高一些，而且替换掉了污染性的镉，所以从步入市场之后，它的发展势头就非常好，我自己第一台手机里，用的就是镍氢充电电池。

值得一提的是，丰田最早做的混合动力车型，用的也是镍氢电池，直到现在也没有放弃。这一点也说明，锂离子电池并非一骑绝尘，在有些方面，镍氢电池仍然是能打的。

镍氢电池有不少优势，比如说，它的寿命长，充电速度快等等。如果本世纪初开始用手机，应该都记得当时有“快充充电器”，虽然充不满，但是临时有事，充电几分钟就够用一阵子了。

这也说明，镍氢电池的记忆效应已经不严重了，我们甚至可以不用把电池抠下来，直接插线充了，一个手机一个电池，也是可以接受的。

种种迹象表明，镍氢电池即将伴随着3C产品的普及，迎来大的发展。然而，既生瑜何生亮，锂离子电池截胡了。

关于锂离子电池的优势，目前的高赞回答都已经有了详细的介绍，所以就不赘述了。之所以啰里啰嗦说了这么多前置技术，一来是说明，锂离子电池的确是变革性的，但是我们在此之前，也已经有了比较接近的技术，主要是镍系电池，尤其是镍氢电池。二来，也是对未来的一个展望。

在今年诺贝尔化学奖公布的时候，我在得到做了一场讲座，其中讲到了我的一个观点：诺贝尔奖颁发给锂离子电池，既是对过去的总结，更像是一次“悬赏”。锂离子电池是诺奖级的发现，那么淘汰锂离子电池的新技术呢？不拿诺奖显然说不过去。只不过，谁能做到这一点？

锂离子电池这三十年的发展举世瞩目，但是也要看到一点，古迪纳夫设计的正极材料钴酸锂及磷酸铁锂，以及吉野彰改进的锂碳负极材料，再到索尼开发出的第一款商业化的18650锂电池，它们仍然活跃在现在的舞台上，特斯拉model S就是几千个18650串联。某种意义上说，锂离子电池的改进，这几十年几乎只是工程问题，机理已经被这三位诺奖获奖人（以及另外几位先驱）全给研究完了，那么，锂离子电池接下去该怎么办？这无疑是一个值得深究的课题。

在锂电池迅猛推广的今天，镍氢电池之所以没被放弃，除了一些特殊设备的应用以外，更大的理由在于，它使用了氢。实际上，氢的能量密度比锂更大，这就让人不得不浮想联翩了。

镍氢电池的负极采用的是金属-氢复合物，它的储氢材料是一些稀土材料，比如铈、镧、钕之类的合金，这都是很老的技术了。锂离子电池能够取代镍氢电池，最关键的原因就在于储氢材料还不理想，因为这玩意儿决定了电池的容量、稳定性等各种参数。

新的储氢合金什么时候会出现，这不好说，但是可以想象的是，如果出现了突破，特别是成本能够稳定地压下来，那么氢电池的未来就不可限量了。

只不过，未来如果给这个领域颁奖，日本科学家很可能是大赢家。目前，八成镍氢电池都是在日本生产的。

当然了，取代锂电池的，未必就还非得是化学电池，说不定是其他原理的，比如说原子能电池？说不定，谁知道呢，毕竟技术早就有了，怎么商业化，那就需要各显神通了。

最后贴一下讲座链接，有兴趣的可以移步参考，五项解读都有。

labixiaoxing 网友的相关建议:

原创转载申明：该内容在2015年6月19号首发于我的个人微信公众号“辣笔小星”和汽车之家车家号“王星炜Steven”--锂空气电池也许真有戏，因为“足够好”

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恭喜“足够好”老爷子以90多岁高龄喜得诺贝尔，修成正果。

今天要介绍的就是John Goodenough教授和他引领的锂电池研究。John Goodenough教授的中文官方译名是约翰-古迪纳夫教授，但我更喜欢按照直译叫他“足够好”教授。因为这个名字真的略显霸气。

可能大家对这位“足够好”教授并不十分了解。但是当你知道他其实是可充电锂离子电池的发明者，并且领导了项目组发明了可以量产的锂离子电池和磷酸铁锂电池技术。

那我们先从“足够好”教授的传奇人生开始讲起。老先生攻读的大学是美国名校耶鲁，不过修的却是文学和数学学位。在攻读文学学位的过程中喜欢上了哲学，并且为科学哲学所吸引下定决心一定要去读物理方向的研究生。话说老爷子涉猎的方面可真广啊。1946年老先生终于如愿进入芝加哥大学攻读固态物理。当时他师从Clarence Zener，并最终得到了固态物理的博士学位。看到这位老师的名字是不是觉得有点眼熟。是的，Clarence Zener在贝尔实验室工作期间发明了Zener Diode齐纳二极管。齐纳就是这位老师的名字，并以他的名字命名该二极管技术。可以说齐纳二极管是现代半导体技术的核心基础之一。有这么牛的老师，学生的理论基础那必然是相当的扎实了。

↑齐纳二极管

“足够好”老先生的个人成就也证明了这一点。1952年“足够好”老先生进入了MIT的林肯实验室，进行关于内存的材料物理研究，发现了材料中磁体超级交换的规律被称为Goodenough-Kanamori规律。并在此时接触并深入研究了Li离子在固体中的迁移规律。

发明可充电锂离子电池：70年代离开MIT林肯实验室之后老先生收到了牛津大学的邀请进入了无机化学实验室开始了他的固体化学的研究之路。他引领的项目组和SONY公司合作开发出了基于碳材料正极和锂钴氧LiCoO2材料负极的可充电离子电池。也就是目前广泛采用的锂离子电池技术。

↑A123锂电池

开发磷酸铁锂电池技术：基于锂钴氧LiCoO2材料的锂离子电池由于钴元素稀缺的原因成本很高。老先生一直想找寻一种成本更低性能更高的锂电池技术。1986年“足够好”先生受聘于德克萨斯大学奥丁学院机电工程学院担任教授。并在此期间引领项目组开发了低成本的磷酸铁锂LixFePO4负极材料。其安全性被实验证明完全可以满足混动动力汽车的高功率动力电池应用。而材料的专利最终被Hydro-Quebec公司买下并真正应用到混动动力汽车应用中。该负极材料最终被市场证明具有很好的充放电性能、廉价、安全并且对环境无污染。国际知名的电池供应商中目前被万向收购的A123公司使用的锂电池技术就是该磷酸铁锂LixFePO4负极材料专利。A123 M1A和M1B磷酸铁锂电池系列以其优异的电池循环寿命、安全性、低自放电（几乎无限的库存存放寿命）等特性，使得以这些优势著称的镍氢NiMH电池都黯然失色。

↑教授获得总统科学奖章

“足够好”教授在2013年接受了美国总统奥巴马颁发的美国国家科学奖章（又称总统科学奖章），表彰他为科学作出的杰出贡献。如下就是颁发奖章时奥巴马和“足够好”教授的合影。

“足够好”教授目前是德克萨斯大学奥丁学院的终生教授，但他并没有在67岁退休。1922年出生的他，今年已经93岁高龄。他仍然坚持工作，继续电池材料的研究，并且将他的知识和精神不断的传授给他的学生。

↑锂空气电池与人体肺部内部结构对比

“足够好”教授目前仍奋战在锂-空气电池和固态锂电池等电池新领域。我们先来啰嗦几句什么是锂-空气电池。要知道尽管电池技术在持续发展，但目前我们使用的锂离子电池或者磷酸铁锂电池的能量密度最大只有200Wh/kg左右。换句话说特斯拉汽车续航里程已经算比较大的了，差不多是600公里，但其整车重量已经达到了2吨左右。而锂-空气电池使用碱性固态电解质中的空气作为负极材料，它和锂离子产生的产物是氧化锂Li2O2。目前能够生产出的锂-空气电池的能量密度已经达到了500Wh/kg左右。是目前锂离子电池或者磷酸铁锂电池技术的2.5倍。并且要知道锂-空气电池的理论能量密度的极限是12kWh/kg。也就是说它至少还有20倍的提升空间。而这个理论能量密度已经接近了目前汽油的等效能量密度13kWh/kg。如果考虑上电机的效率是汽油内燃机的2.5倍这个因素的话，锂-空气电池技术完全有实力去全面替代目前的汽油作为新一代理想的汽车动力源。

hakurei_reimu 网友的相关建议:

怎么没人提《圣斗士星矢》啊？

这个系列作品的特色不就是回回都是一部的戏就半天时间么？

黄道十二宫篇：纱织中了天箭座的箭，必须12小时内突破圣域十二宫。

北欧篇：奥丁代言者希露达被海皇戒指蛊惑令冰川融化，纱织代替希露达阻止冰川融化但是只能坚持12小时，必须在时限内摘下希露达的戒指。

海皇篇：纱织代替人类承受波塞冬的洪水，应该也是只能支撑一天之内的时间。

冥王十二宫篇：被哈迪斯复活的圣斗士要在12小时内取下雅典娜的首级，实际目的则是为了雅典娜去冥界并且唤醒女神圣衣，12小时候被复活的圣斗士们就消失了。

冥界篇：记不清打了多长时间，但从纱织被塞到缸里抽血开始到解决应该也是一天之内。

黄金魂：在本篇剧情里有好几天，但对应到冥界篇时间仅仅发生在冥界篇12黄金击破叹息之墙到打死神之间。

火星篇：马尔斯获得阿丽娅的权杖后建立起巴别塔吸引火星，会在12小时内毁灭地球，主角们必须在12小时内突破新十二宫。

土星篇：这篇好像打了很多天……

yao-ming-kang-de 网友的相关建议:

我是一名基层派出所民警。

可以说当今中国警察普遍羡慕美国警察可以采取暴力手段绝对的镇压不法分子。

但是，不得不说，这次这位美国警察，太过分了，不仅是过分，而且我的理解是那已经构成了犯罪行为。那黑人已经制服了就可以正常上拷带走了，没必要一直压着脖子压那么长时间。没能置身其中不知现场那美国警察的所思所想，反正我个人挺不理解他为啥那样干的。

只能说无论什么地方，无论什么行业，只要是人的社会，都有像样的也有操蛋的吧。

_________此处为分割线 _________

以下为统一答复评论中有些人质疑的我所讲的羡慕二字。

能够出现这种质疑在我料想之中，因为中国警察也有过过分的时代，据我所知就是在七十八十九十年代，就如同地痞流氓，看谁不顺眼就能打谁对老百姓而言没王法可讲，那时候的警察说好听点可以说是威风凛凛说难听点儿是横行霸道。

但我想表明的是，时过境迁，现在的中国警察无论是受舆论约束还是因为法治社会建设制度规范都已经变得逐步文明与规范起来，起码我认为从我们现在开始从公安司法院校毕业参加公务员考试考进来的新一代警察已经具备新的面目，当然不可否认的是在这个行业内目前仍然存有历史的顽疾，仍然存在着臭虫，但我已经讲过无论什么行业都有操蛋的吧，这是个人问题，不是群体问题。相比之下，拍拍良心看，现在的整个警察队伍比照曾经确实过分的年代是不是已经是天地之别，问问曾经真正挨过曾经年代老警察欺负的中老年人就知道了。

为何会说起羡慕，因为警察每天面对的人群，大多是三教九流之辈，没有武力加身，很多事情在处理上警察显得软弱无能，说白了，好人谁没事儿上派出所转悠啊都忙着自己的生活呢，警察打人这句话，我们常常听到，但是但凡有点脑袋的人都能想明白，警察会闲着没事儿干把那在家里消停待着的遵纪守法的人抓起来暴揍一顿吗？

以上言辞不免更会有人质疑，请允许我解释，武力，当然不可滥用，我所说的羡慕不是羡慕美国警察的随意滥用武力，而是在合法范围内准许在对方不听从警察指令时动用武力，现在确实有人民警察法赋予了相关权力，但实践中现在的中国警察并不能或者说不敢执行人民警察法里的所有权力。拿防疫工作举例，卡口的工作人员在让出入的人员扫码登记时，就会有不愿意配合的人，然而这些不愿意配合的人可会知道工作人员的所做所为是为了整个社区的稳定安全，因为这整个社区包括了这名不愿意配合的人啊，在这个时候是否应当对其进行武力控制来保障其他居民的安全呢。同理，警察盘查也好，调查也好，总会有那些不愿意配合的人，自我感觉良好认为自己没问题所以警察不必要对其进行盘查所以就不配合，而警察当看到对方不配合时会以什么视角审视，难道要说谢谢您的不配合吗，万一这不愿配合的人真背着案子呢，那便是对更多的人民群众的不负责任。因此，我要说，民众的素质如果真正达到了人人互相敬重路不拾遗夜不闭户的文明程度，要求警察绝对文明不要有暴力举动，一点问题没有，一味强调了警察不该暴力执法而分毫不过问被执法对象自身是否存在问题，是不是看问题的角度些微的片面了些。

请注意，我说羡慕里的那句话尾巴实际已经表明了，羡慕的是暴力手段对不法分子的镇压，可不是对遵纪守法的百姓也要肆意妄为。例如像给群众办个身份证居住证之类的业务，警察当然应该热心服务。但当面对泼皮无赖时，还要笑脸相迎，得来的只有蹬鼻子上脸，警察都不怕了，您们认为这些无赖还有谁管得了。

列位存有异议的同志们，谢谢您们的教诲。言辞中犀利的同志们，谢谢您们的敦促。

让我知道当警察，需要吾日三省吾身。

还想要质疑甚或是骂的您们，若是能让您舒服，骂两句无妨。我不算您辱骂警察。不过是，道不同不相为谋罢了吧。

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2020年6月5日22:53 出警在路上

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