汽势封面|为什么说汽车促成了三位老爷子荣获诺贝尔奖

原标题:汽势封面|为什么说汽车促成了三位老爷子荣获诺贝尔奖

10月9日,瑞典皇家科学院将2019年诺贝尔化学奖正式授予John. B. Goodenough、Stanley Whittingham和吉野彰三位白发苍苍的老爷子,获奖理由是“为锂电池的发展做出了卓越的贡献”。

然而,最先迎来狂欢的却不是化学界,反倒是新能源汽车圈,狂欢理由是“电动汽车的迅猛发展促成了三位老科学家获奖”。并非“自High”,作为电动汽车的“心脏”,锂电池确实因低碳环保的汽车行业发展趋势获得了前所未有的广阔市场机会,锂电技术也因此成为备受瞩目的科技发展路径。

先来说说三位老爷子和锂电池的故事。

John B. Goodenough,这位名为“足够好”的美国老爷子今年已97岁高龄,是迄今为止年龄最大的诺贝尔奖获得者。可以说,他将传奇的一生全部奉献给了电池事业——从上世纪50年代在麻省理工林肯实验室开始研究磁性随机存储器(后来的电脑内存)、固体磁性规则、钠硫电池,到70年代于牛津大学无机化学实验室研发的钴酸锂、锰酸锂电池,再到90年代回到美国在德克萨斯州立大学任职,当大家认为古稀老人应安心养老之时,“足够好”又拿出了震动业界的磷酸铁锂电池,直至去年,“足够好”老人仍认为锂电池尚未达到“足够好”的标准,带领团队研制出了全球首个全固态电池。

如吉野彰所说:“我每年都要飞去美国德州会晤Goodenough一次,而他把我当儿子般疼爱。”这位“锂离子电池之父”也是Stanley Whittingham(现年78岁)和吉野彰(现年71岁)的前辈、榜样与亲密无间的技术合作者。

70年代,Stanley Whittingham将二硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料制成首个锂离子电池,并且这款锂电池概念模型将可以支持多次充放电。

1985年,吉野彰以“足够好”的电池正极为基础,研制出以石油焦炭为电池负极的商用化方案。可是在成功开发出商用锂电池的最初三年,产品完全卖不出去,吉野彰曾因此经受了精神上、肉体上的巨大压力。

如今,接近百岁的“足够好”仍坚持在技术研发的第一线,每天都坚持去到实验室。正如“足够好”老爷子所说:“我们有的人就像乌龟,走得慢,一路挣扎,找不到出路,但乌龟知道,他必须走下去。”功夫不负有心人,跨越半个世纪的光景,一路挣扎却坚持走下去的三人,终于拿到了姗姗来迟的诺贝尔奖。

为了更加通俗直观地梳理锂电池与新能源汽车的关系,汽势Auto-First把三位老爷子的研究成果进行了以下解读。

在锂电池出现之前,如同“水多了加面,面多了加水”的无限死循环,铅酸电池因无法解决容量与重量的根本矛盾,无缘电动汽车。

第一步,解决重量问题。Whittingham提出的二硫化钛正极锂电池,作为最早出现的锂电池,首先解决的是电池比容量问题,其能量密度优势至少可以让电动汽车正常行驶。但是当时每公斤二硫化钛售价超过1000美元,且负极材料金属锂活性过高,电动汽车只能是“易爆炸的奢侈品”,尚不成熟。

第二步,解决安全问题。钴酸锂电池,用活性极低钴酸锂替代金属锂,解决了安全问题。但由于钴材料同样昂贵,且因钴含有毒性,生产者须做极其完备的防护措施,避免皮肤接触钴材料导致的过敏,生产成本过高,电动汽车仍太过奢侈。

第三步,解决成本问题。锰酸锂电池,价格低廉,安全性和低温性能表现优异,但锰材料本身稳定性较差,容易分解产生气体。

第四步,解决商用问题。“足够好”在70多岁研发出的磷酸铁锂电池,不含有害元素,且成本低廉、安全性好,其循环寿命可达万次左右,已经足以充当电动汽车的动力电池,加之吉野彰使用石油焦炭作为负极材料,锂电池已经足够轻便耐用。上世纪90年代开始,锂电池从Sony的Walkman(随身听),到逐渐普及的大哥大、寻呼机、手机,最终开始应用于新能源汽车。

综上所述,在重量抑制、安全保障、成本控制、性能发展的全面进化中,锂电池终于成就了电动汽车。当然,电动汽车也成就了锂电科学家的诺贝尔梦想。

作为19世纪以来人类最伟大的发明之一,汽车却从未获得过诺贝尔奖。卡尔·本茨在1886年制造出第一辆不用马拉的三轮车,这甚至早于1901年开设的诺贝尔奖,而后亨利·福特的流水线造车,日系精益生产、德系模块化生产,以及工业4.0智能化工厂也都无缘诺贝尔奖。当然,这倒也不难理解——文学、和平、医学、文学,以及后来加入的经济学,都与汽车行业不太沾边儿;而化学、物理学奖项也如吉野彰所说:“像锂电池这种装置类研究,一直都轮不到得奖机会。

然而,如今的汽车行业已迎来动能转换时代,虽仍不可能获奖,汽车却凭借与锂电技术的相互成就,为锂电技术造就了足够大的市场应用空间,成为了诺贝尔化学奖得主名副其实的“媒人”。

锂电技术仍处于应用于汽车产品的初级阶段,探索仍将长期继续下去,而锂电科学家荣获诺贝尔奖,无疑将成为对这种持续探索精神的最大鼓励。

如今,三元锂电池在汽车圈风生水起,而镍钴锰(NCM)811电池正以更高能量密度的优势,力求缓解纯电动汽车用户的续航焦虑;然而追求更高的能量密度,同时也意味着舍弃部分热稳定性,不断爆出的电动汽车自燃事故让消费者触目惊心——续航与安全分立天平两端,平衡点在哪儿仍待探索。

未来,技术路径的选择仍有争议——让三元锂电池更安全,或是让磷酸铁锂电池增强续航能力,亦或是大幅降低性能强悍的全固态锂电池成本。“我想在去世前解决这个难题,我才九十多岁,还有时间。”包括97岁高龄的“足够好”老先生在内,前赴后继的科学家、汽车人正全力以赴研制更加完美适用于电动汽车的锂电池,但毋庸置疑,这确实需要时间。

“很多人认为电动汽车当前续航路程太短,我以为锂电池的确有进步的空间,但大家要明白汽车和电池开发的周期性特色,要给它一些时间。”吉野彰如是说。

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