敖显奎

意大利解剖学家伽伐尼从青蛙的大腿上受启发发明电池后，这一行业已有200年的发展历史。锂电池因为相比于镍电池的高能、环保，能量密度大、电压较高、可长时间存放等特点，近年来迅猛发展，成为时下手机行业的唯一源动力。2019年，约翰·班尼斯特·古迪纳夫（John B.Goodenough），迈克尔·斯坦利·惠廷汉姆（M.Stanley Whittingham）和吉野彰三位科学家因为在锂电池上的卓越贡献被授予了2019年诺贝尔化学奖！

“易燃易爆炸”

锂电池的发展也经历了一段漫长的时间，最初的锂电池甚至没有二次充电的功能，而现在市面上的锂离子电池则轻便实用，广泛用于时下诸多流行电子产品中。金属锂外只有一个电子，很容易失去，化学性质特别“活泼”，锂电池的充放电过程就是锂离子的嵌入和脱嵌过程，这是它成为电池界“宠儿”的优势。

与此同时，锂的优势也成就了它的弱点——易燃易爆炸。美国著名私营电池材料开发商Ionic Materials创始人迈克·齐默尔曼（M i k e Zimmerman）甚至表示：口袋里有部智能手机就像口袋里揣著煤油一样。2016年，某知名手机品牌的“电池门”事件便是最好的佐证。此外，即便锂电池已是目前公认的、被推广的最佳移动电源解决方案，但它“出众”的续航能力仍然无法满足人们的日常需求。更大的发光屏幕、更快的处理速度、更快的数据传输、更轻薄时尚的设计，这些都意味着许多智能手机的电量很难支持使用一整天。在使用两年后，很多设备的电池续航时间都会急剧缩短，不得不被扔进垃圾堆。

相关预测显示，2022年，全球的电池市场规模将达到250亿美元。未来十年，5G入场，手机能耗更高，人们对电池续航能力的呼声在持续增大。锂电池还有多少“宝藏”可以挖掘？

注定曲折的发展

电池的出现是空气污染使然。 20 世纪中叶，世界上燃油车数量剧增，排放的尾气加剧了城市的空气污染。加上人们日益认识到石油是一种不可再生资源，这给汽车制造商和石油公司敲响了警钟。为了生存，它们需要投资电动汽车和新能源。在这样的压力下，电池被研制出来。

锂电池出来之后，很快“上岗”工作，并快速地走红。人们普遍认为它的工作原理是电池内部带电粒子在电池内部以单一，均匀的方向流动。2018年9月，“路透社”报道称，斯坦福大学、麻省理工学院和巴斯大学一项共同研究发现，锂离子在电解质中的运动是来回循环的。由此，电池内部产生随机密集的离子，从而产生大量热量，损坏电池的使用寿命。电池发烫的情况在我们的生活中仍随处可见。锂电池直到现在都仍在曲折的发展。

锂电池问世后，研究人员一直在试图寻找下一个飞跃，包括通过系统性地审视电池的四个主要组成部分——阴极、阳极、电解质和分离器，并使用越来越复杂的工具。对锂离子电池的每一次改进，都需要权衡取舍。提高能量密度会降低安全性，引入快速充电可能降低电池的循环寿命，这意味着电池的性能下降得更快。不断有人在电池的这四个部分尝试新的材料，锂离子的潜力正在接近其理论极限。

更安全、更持久的电池从哪来

人们对于电池的诉求也比较直观——更安全、更长久。这一点是科学家们长年来一直在努力的方向，当然也是非常难以攻克的，他们尝试了很多种方法，我们现在仍在使用着会发烫、并且需要反复充电的手机等电子产品。

事实上，在锂电池中的锂事实上只占2%左右，科学家们正在尝试通过不同的方法来提高锂电池的含量，如果有一种方法可以安全地把纯金属锂从金属钴氧化物笼子里释放出来，它可能会带来增加十倍的能量密度。科学家们还尝试过利用硅来替代锂电池的石墨阳极，一个硅原子可以附着4个锂离子，这意味着与重量相近的石墨阳极相比，一个硅阳极可以储存10倍的锂。当然，在提高锂电池性能之前，安全才是第一位的，让我们拭目以待吧。（编辑/侯帮虎）