让锂离子电池“足够好”(2)
结晶在窗户玻璃上的冰花是漂亮的。但是，结晶在金属电极上的晶枝却是危险的，生长得越来越长的晶枝可能导致电池被击穿。一旦电池被击穿，非常活泼的金属锂就会着火甚至爆炸，造成不堪设想的事故。由于这个安全隐患当时难以克服，所以尽管惠廷汉姆取得了电池的专利，但埃克森公司还是放弃了这款电池的开发。
更安全的锂离子电池
这时候，古迪纳夫教授的一个革命性的建议，解决了电池的安全性问题。这位曾获得数学学士、物理学博士学位且当时已经年近花甲的牛津大学无机化学实验室主任提出，用钴酸锂代替金属锂作为电极。
钴酸锂(LiCoO2)，是一种微观上呈层状的晶体材料。所谓的层状是指晶体中的锂、钴和氧三种原子之间，钴和氧原子的结合更紧密，锂则相对松弛。从化学的观点看，是形成钴酸根离子和锂离子，钴酸根离子在晶体中呈层状的平板，锂离子就镶嵌在平板之间，可以快速移动。
, 百拇医药
把钴酸锂作为电极，就使得氧化还原反应不再是锂原子与锂离子之间的电子得失，而是钴酸锂随着锂离子的多少而呈现出钴的化合价的变化。在充电时，钴酸锂电极失去电子和部分锂离子，从而使得钴的表观化合价增加。比如，在中性的钴酸锂分子LiCoO2中，Co呈+3价，而在失去了部分锂离子的情况下，如Li(CoO2)2中，Co的表观化合价增加到+3.5。在放电时，氧化还原反应倒过来，钴酸锂电极得到电子和锂离子。
钴酸锂晶体结构(红—氧原子，蓝—钴原子，白—锂原子)
用钴酸锂取代容易“闯祸”的金属锂，作为电池中锂离子的提供者，不仅令电池的安全性大为提高，而且这种化合物可以提高电池的电动势，从而提升电池储存的电量。然而，或许是这一创新太过前卫，当时没有一家西方企业敢于接受这个发明，甚至连古迪纳夫的“东家”牛津大学都不愿意为钴酸锂电极申请专利。
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正所谓“西方不亮东方亮”。也在攻克锂离子电池难题的吉野彰读到了古迪纳夫的论文，接纳了钴酸锂电极。吉野彰设计的锂离子电池以聚乙炔为阳极，以钴酸锂为阴极，从而确立了锂离子电池的基本概念。为了改进锂离子电池性能，吉野彰又对锂离子电池进行了多次技术改良，例如用聚乙烯薄膜做离子隔膜，改进了电池的电解质，使其能够提供更高的电压。1985年，利用钴酸锂和聚乙炔，吉野彰博士制造出了第一块可充电的实用性锂离子电池。
1991年推向市场的可充电锂离子电池
1991年，古迪纳夫与吉野彰合作发明的锂离子电池终于被索尼和旭化成公司推向市场，锂离子电池从此得到了大规模使用。这标志着电池的发展进入了一个新时代，而古迪纳夫与吉野彰也因此结下了深厚的友谊。
有待攻克的电池难题
, http://www.100md.com
虽然钴酸锂电池取得了巨大的成功，但是老当益壮的古迪纳夫并没有止步。1982年，他发现用尖晶石型锰酸锂作为电池阴极，较钴酸锂更为安全而廉价。后来古迪纳夫回到美国，在75岁时他又发现了磷酸铁锂阴极，进一步提升了锂电池的安全性。被誉为“锂电池之父”的古迪纳夫，在90岁高龄的时候，发布了更安全、更廉价、更实用的“全固态电池”技术，避开了锂电池内电解液可能带来的不安全性。
如今锂电池得到了极其广泛的应用。我国是智能手机和笔記本及平板电脑持有量最多的国家，也是电动汽车保有量最多的国家。在2018年排名全球前十位的动力电池生产商中，中国企业占据7席。如何让电池的性能得到进一步的提高，这是摆在中国科技人员面前的重大任务。
全固态电池
例如，现在的锂电池主要依赖锂盐的嵌入和脱出来储存锂离子，电池的大部分重量和体积都被锂盐的负离子所占据，而直接用金属锂作为电极材料，其重量会大大减轻，但是其安全性能如何保证？几十年来难以解决的生成晶枝等问题，科学家正在努力探索。又如，在地球上锂元素是相对稀缺的，如果我们可以用大量存在的钠元素来代替，那将是一件非常有意义的事情。类似的问题，对于科技工作者来说，都是很有吸引力的，我们期待他们取得成功。
, 百拇医药
获奖者简介
约翰·古迪纳夫1922年7月25日出生于美国。1943年在耶鲁大学获得数学学士学位。二战之后，于1952年在芝加哥大学获得物理学博士学位。1952～1976年，在麻省理工学院的林肯实验室工作，主要进行内存材料的物理研究。1976年，进入牛津大学任教授并作为无机化学研究负责人。1986年起，在德州大学奥斯丁分校担任教授，继续从事能源材料的研究。
斯坦利·惠廷汉姆1941年出生于英国，在牛津大学化学系取得博士学位后，于1968年来到美国，先是在斯坦福大学做了几年博士后，后进入埃克森公司的研发部门。1984年至今在纽约州立大学宾厄姆顿分校担任教授。
吉野彰1948年1月30日出生于日本大阪。1970年从京都大学工学部石油化学科毕业，1972年获工学硕士学位，2005年获大阪大学工学博士学位。1972年，吉野彰进入旭化成工业株式会社，目前担任吉野研究室室长。, 百拇医药(冯大诚)
更安全的锂离子电池
这时候，古迪纳夫教授的一个革命性的建议，解决了电池的安全性问题。这位曾获得数学学士、物理学博士学位且当时已经年近花甲的牛津大学无机化学实验室主任提出，用钴酸锂代替金属锂作为电极。
钴酸锂(LiCoO2)，是一种微观上呈层状的晶体材料。所谓的层状是指晶体中的锂、钴和氧三种原子之间，钴和氧原子的结合更紧密，锂则相对松弛。从化学的观点看，是形成钴酸根离子和锂离子，钴酸根离子在晶体中呈层状的平板，锂离子就镶嵌在平板之间，可以快速移动。
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把钴酸锂作为电极，就使得氧化还原反应不再是锂原子与锂离子之间的电子得失，而是钴酸锂随着锂离子的多少而呈现出钴的化合价的变化。在充电时，钴酸锂电极失去电子和部分锂离子，从而使得钴的表观化合价增加。比如，在中性的钴酸锂分子LiCoO2中，Co呈+3价，而在失去了部分锂离子的情况下，如Li(CoO2)2中，Co的表观化合价增加到+3.5。在放电时，氧化还原反应倒过来，钴酸锂电极得到电子和锂离子。
钴酸锂晶体结构(红—氧原子，蓝—钴原子，白—锂原子)
用钴酸锂取代容易“闯祸”的金属锂，作为电池中锂离子的提供者，不仅令电池的安全性大为提高，而且这种化合物可以提高电池的电动势，从而提升电池储存的电量。然而，或许是这一创新太过前卫，当时没有一家西方企业敢于接受这个发明，甚至连古迪纳夫的“东家”牛津大学都不愿意为钴酸锂电极申请专利。
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正所谓“西方不亮东方亮”。也在攻克锂离子电池难题的吉野彰读到了古迪纳夫的论文，接纳了钴酸锂电极。吉野彰设计的锂离子电池以聚乙炔为阳极，以钴酸锂为阴极，从而确立了锂离子电池的基本概念。为了改进锂离子电池性能，吉野彰又对锂离子电池进行了多次技术改良，例如用聚乙烯薄膜做离子隔膜，改进了电池的电解质，使其能够提供更高的电压。1985年，利用钴酸锂和聚乙炔，吉野彰博士制造出了第一块可充电的实用性锂离子电池。
1991年推向市场的可充电锂离子电池
1991年，古迪纳夫与吉野彰合作发明的锂离子电池终于被索尼和旭化成公司推向市场，锂离子电池从此得到了大规模使用。这标志着电池的发展进入了一个新时代，而古迪纳夫与吉野彰也因此结下了深厚的友谊。
有待攻克的电池难题
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虽然钴酸锂电池取得了巨大的成功，但是老当益壮的古迪纳夫并没有止步。1982年，他发现用尖晶石型锰酸锂作为电池阴极，较钴酸锂更为安全而廉价。后来古迪纳夫回到美国，在75岁时他又发现了磷酸铁锂阴极，进一步提升了锂电池的安全性。被誉为“锂电池之父”的古迪纳夫，在90岁高龄的时候，发布了更安全、更廉价、更实用的“全固态电池”技术，避开了锂电池内电解液可能带来的不安全性。
如今锂电池得到了极其广泛的应用。我国是智能手机和笔記本及平板电脑持有量最多的国家，也是电动汽车保有量最多的国家。在2018年排名全球前十位的动力电池生产商中，中国企业占据7席。如何让电池的性能得到进一步的提高，这是摆在中国科技人员面前的重大任务。
全固态电池
例如，现在的锂电池主要依赖锂盐的嵌入和脱出来储存锂离子，电池的大部分重量和体积都被锂盐的负离子所占据，而直接用金属锂作为电极材料，其重量会大大减轻，但是其安全性能如何保证？几十年来难以解决的生成晶枝等问题，科学家正在努力探索。又如，在地球上锂元素是相对稀缺的，如果我们可以用大量存在的钠元素来代替，那将是一件非常有意义的事情。类似的问题，对于科技工作者来说，都是很有吸引力的，我们期待他们取得成功。
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获奖者简介
约翰·古迪纳夫1922年7月25日出生于美国。1943年在耶鲁大学获得数学学士学位。二战之后，于1952年在芝加哥大学获得物理学博士学位。1952～1976年，在麻省理工学院的林肯实验室工作，主要进行内存材料的物理研究。1976年，进入牛津大学任教授并作为无机化学研究负责人。1986年起，在德州大学奥斯丁分校担任教授，继续从事能源材料的研究。
斯坦利·惠廷汉姆1941年出生于英国，在牛津大学化学系取得博士学位后，于1968年来到美国，先是在斯坦福大学做了几年博士后，后进入埃克森公司的研发部门。1984年至今在纽约州立大学宾厄姆顿分校担任教授。
吉野彰1948年1月30日出生于日本大阪。1970年从京都大学工学部石油化学科毕业，1972年获工学硕士学位，2005年获大阪大学工学博士学位。1972年，吉野彰进入旭化成工业株式会社，目前担任吉野研究室室长。, 百拇医药(冯大诚)