锂电池先驱吉野彰谈下一代动力电池和电动车的未来

来源：内容由半导体行业观察（ID:icbank）编译自「路透社」，谢谢。

因其在锂离子电池方面的获得的成就，吉野彰（Akira Yoshino）成为了2019年诺贝尔化学奖的共同获得者。

锂离子电池在一个世纪以来首次与化石燃料和内燃机在运输方面展开激烈竞争。现在，作为日本化学公司 Asahi Kasei 的名誉研究员，Yoshino 认为随着运输和数字技术成为一个行业，锂电池技术未来会出现更多的颠覆。

最近，吉野彰向路透社谈到了下一代电动汽车电池、可自行充电的共享自动驾驶电动汽车的潜力、氢燃料电池汽车的前景以及苹果引领汽车和信息技术行业融合的可能性以及未来的流动性。

以下为采访原文：

路透社：在设计、化学和材料，甚至工艺这几个方面，哪些技术创新可能会让锂离子成为电动汽车电池的主要化学成分，这还能持续多久？

吉野：有两个主要的创新领域是关键。一种是新的正极材料和负极材料。第二个是使用电动汽车的系统。换句话说，人们将如何使用电动汽车，以及他们如何为电动汽车充电和放电。

路透社：您是说人们以不同的方式使用电动汽车吗？也就是说，不是拥有车辆，而是按使用付费，例如通过拼车？

吉野：是的，我认为最大的潜力在于共享。如果自动驾驶电动汽车能够实用化，那将导致人们使用汽车的方式发生巨大变化。

路透社：电动汽车电池的无线充电要多久才能成为现实，无论是通过路基或车辆上的太阳能电池板还是其他方式？

吉野：无线充电的基础技术不是问题。问题是如何将其应用到实际系统中。有两种可能。一种是停在某个可以无线充电的地方的汽车。第二个是在汽车行驶时。它可能不会出现在每条道路上，但在某些可用的道路上，这是可能的。

如果你想到自动驾驶电动汽车，汽车会知道什么时候需要充电，然后自己去充电站。这种情况可能比您想象的更快地实现。

路透社：丰田和本田正在销售少量燃料电池电动汽车，但支持燃料电池的氢基础设施似乎还需要很多年。

吉野：燃料电池汽车在技术和成本上都存在挑战，但你可以克服它们。如果您考虑更长期的情况，即 2030 年至 2050 年，自动共享汽车将会出现。假设自动驾驶汽车可以由汽油发动机驱动，可以是电动的，也可以是燃料电池。电源是什么并不重要。但它需要以某种方式补充能量。如果车辆在没有人为干预的情况下无法自动做到这一点，那么该系统就毫无意义。汽油或氢气也是如此。

从这个意义上说，电动汽车是一种可以自动更换能源的汽车。如果您想到 Roomba 真空吸尘器，它会在房间内四处走动并自行充电。如果 Roomba 需要一个人来“加满油箱”，那么没有人会愿意购买 Roomba。

路透社：关于移动出行的未来，我们还应该了解什么？

吉野：现在，汽车行业正在考虑如何投资未来的移动出行。与此同时，IT行业也在思考移动化的未来。在某个时候，随着汽车行业和 IT 行业的发展，未来的移动性将会有某种融合。

特斯拉有自己的独立战略。值得一提的是苹果。他们会怎么做？我想他们可能很快就会宣布一些事情。他们会宣布什么样的汽车？什么样的电池？他们可能想在 2025 年左右进入。如果他们这样做，我认为他们必须在今年年底前宣布一些事情。

当然，这只是我个人的假设。

2019年诺贝尔化学奖被颁予美国得克萨斯大学奥斯汀分校的John B. Goodenough，美国纽约州立大学宾汉姆顿分校的 M. Stanley Whittingham，以及旭化成公司和日本名古屋明治大学的 Akira Yoshino，以表彰他们对“锂离子电池开发”的贡献。三位科学家将平分约100万美元的奖金。

“锂离子电池正在以其首次被发现时未曾预料过的方式改变着当今世界，” Gavin Harper说，他是英国法拉第研究所的研究员及英国伯明翰大学可再生能源专家。“这是一项使能技术，使得在当今世界我们可能拥有从智能手表到手机这些如《星际迷航》中的设备。”

锂离子电池为移动电话、笔记本电脑和电动汽车提供了一种轻便、可充的能源。与通过分解电极产生化学反应获得电力的常规电池不同，锂离子电池通过阳极和阴极之间的可逆锂离子流发电。不过让该技术可行，科学家们必须驯服锂—这一易爆的碱性金属。

探索锂离子电池的故事要追溯至20世纪70年代的十年石油危机。Whittingham当时任职于石油和天然气公司埃克森（Exxon），当他想出如何使用二硫化钛(TiS2)制电池阴极的时候，他正在研究高能材料。TiS2是一种层状材料，锂离子在层之间滑过—该过程被称为嵌入。Whittingham将其与金属锂制成的阳极配对，并增加了可在两个电极之间传导锂离子的有机电解液。这是第一版的充电锂电池。

但该电池并非毫无缺陷。金属锂可形成细针，该针可导致电池短路，过热进而可能引起爆炸。任职于英国牛津大学的 Goodenough发现锂离子同样可以通过氧化钴嵌入。大概与此同时，旭化成公司的 Yoshino表明锂离子在石墨中也可嵌入。

通过使用氧化钴做阴极，石墨做阳极，研究者们制得可以提供约4伏电压的电池，这比此前 Whittingham所研发出2.4伏的电池更强。因为不包含金属锂也更为安全。该电池可重复充电数百次且不会产生性能下降，并在1991年该电池投入商业化。

多年来，化学家们一直期待这几位化学家的工作获得诺贝尔奖的认可。现年97岁的 Goodenough是有史以来年龄最大的诺贝尔奖得主。“今年，许多的科学家确实在支持Goodenough ，” Harper说。

Olof Ramström是诺贝尔化学奖委员会的成员之一，早上在新闻发布会上解释三位所做的工作时，不禁使用了电池的双关语称这是“一个潜力无限‘充满电’的故事。”

美国化学学会（ACS）主席Bonnie Charpentier 表示，今年宣布的诺贝奖“尤为令人兴奋，因为锂离子电池发明是世界上的每个人都可以看到其重要性的（一项工作）—它实现运输，它实现交流，它使能量可存储和便携，带给人们更多便利和安全。”她补充道，“看到这样合作工作得到认可让人非常激动，我们（ACS）的三位长期的会员基于一项工作先后持续工作，他们合起来在ACS的会员资格已经超过100年。” C&EN由ACS发行。

Harper 同时认为该奖项是及时的。“我们正处于人们越来越多意识到自己对世界的影响和脱碳的需求的交叉路口，”他说，“这些似乎正在逐渐加强，所以我认为这确实是及时，因为该技术位于各个技术的枢纽地位并使得脱碳在今年实现成为可能。”

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