从笔记本电脑到新能源车:锂电池教父成就新世界终获诺奖

2019-11-05 18:27:52

经过多年的等待,锂离子电池终于进入瑞典皇家科学院法官的视野。10月9日下午,美国科学家约翰·古德托(John b . good toy)、英国科学家斯坦利·惠廷翰(m.stanley whittingham)和日本科学家吉野明仁(akira yoshino)成功获得今年的诺贝尔化学奖。瑞典皇家科学院认可了三位科学家在锂离子电池领域的贡献。

公众对锂离子电池并不陌生,锂离子电池已经广泛应用于智能手机和笔记本电脑等电子消费品中。近年来,随着新能源汽车的普及,对锂离子电池的需求也持续上升。今年9月初,彭博新能源财经预测,到2030年,电动汽车对锂离子电池的需求将从200千兆瓦增长到2000多gwh。与此同时,锂离子电池的价格将继续下降,可能下降50%以上。

从手机、笔记本电脑到新能源汽车,锂离子电池的诞生创造了一个互联网和新能源的巨大世界。基于锂离子电池技术的不断进步,世界正朝着无化石燃料污染的方向前进。这一切的成功不仅归功于特斯拉、松下和宁德。没有这三位科学家的辛勤工作,后来者不可能在巨人的肩膀上走得更远。

移动互联网的创始人

锂离子电池的概念自提出以来已有100多年的历史。它具有电压高、比能大、循环寿命长、安全性能好等优点。它已广泛应用于3c数字产品。

今年诺贝尔化学奖得主之一阿基拉·吉野是智能手机和电动车用锂离子电池的开发者。他目前是日本朝日Kasei公司的名誉特别研究员。在过去接受媒体采访时,吉野·阿基拉表示,他成功研发锂离子电池的机会在于,移动设备的研发在20世纪80年代非常活跃。为了实现器件的小型化和轻量化,迫切需要高能量密度的电池和可充电电池。

“然而,这是一个让我意识到社会需要什么样的电池的流行词汇。那时,便携式这个词非常流行。后来,“无绳,无线”和“无绳”一词一起流行起来。在时代潮流中,我们敏锐地意识到社会真正需要的是什么。我觉得这有点像气味。”吉野·阿基拉说道。

锂离子电池的商业应用始于索尼。1991年,索尼发布了第一款商用锂离子电池,并首次将其应用于电荷耦合器件TR18mm毫米录像机。从那时起,越来越多的消费电子产品开始使用锂离子电池。日本消费电子行业在上个世纪席卷全球,并从中受益。

目前,最畅销的电子消费品如智能手机、笔记本电脑等都有锂离子电池的功劳。没有这种可以充电数万次的小型电池,电子消费品将很难在世界上流行。根据idc的报告,2018年全球智能手机出货量达到14亿部,笔记本电脑出货量达到1.6亿部,平板电脑出货量达到1.285亿部。

可以说,锂离子电池使更多的移动设备得以生产和销售,从而将互联网从个人电脑端推向移动端。2012年7月,中国互联网信息中心(cnnic)发布了《中国互联网发展第30次统计报告》。根据该报告,中国的互联网用户数量达到5.38亿,其中3.88亿是手机用户。手机第一次超过台式电脑成为最大的互联网终端。

建设新能源世界

除3c数码产品外,新能源汽车是锂离子电池的另一个重要应用领域。根据锂电池研究所的数据,2018年全球动力电池产量为106千兆瓦时,同比增长55.2%。十大企业产量为86.11千兆瓦,占全球总产量的81.24%,宁德时报、松下、比亚迪和lg分别位居前四。

近年来新能源汽车的爆炸性增长是动力电池容量不断提高的重要原因。根据evsales数据,2018年,新能源乘用车全球销量超过200万辆,新能源汽车普及率达到2.1%。中国汽车制造商协会的数据显示,今年前8个月,中国完成了799,000辆和793,000辆新能源汽车的销售,分别比去年同期增长31.6%和32%。

电动汽车的起源可以追溯到1881年,当时法国工程师古斯塔夫·特鲁夫发明了世界上第一辆由铅酸电池驱动的电动汽车,开创了新能源汽车。然而,由于石油的大规模开发和内燃机技术的提高,电动汽车很长一段时间都没有成为汽车的主流。

直到锂离子电池的出现,新能源汽车才变得真正可行。1997年,日产推出了世界上第一款配备锂离子电池的电动汽车prairiejoy。从那以后,越来越多的汽车公司开始尝试开发电动汽车。

然而,特斯拉的出现是制造锂离子电池电动车热潮的象征。2004年,埃隆·马斯克(Elon Musk)以630万美元的价格成为特斯拉的最大股东和董事长。他和后来的特斯拉首席技术官j.b .斯特劳贝尔认为,成千上万的锂离子电池可以组装在一起成为汽车的动力。两年后,特斯拉正式发布了第一辆电动跑车,其电池组由近7000节18650节锂离子电池组成。通过bms(电池管理系统),如此巨大的电池组被热管理以确保电池组不会由于过热而燃烧。

特斯拉的发展并非一帆风顺,但毫无疑问,它将电动汽车从燃油汽车外壳转移到deus ex。2015年,特斯拉仅交付50,000辆汽车,但今年前三个季度,特斯拉的销量已增至255,200辆,毫无疑问,今年将超过300,000辆。

马斯克和特斯拉成功地推动了全球汽车工业向新能源的转变,但实际上真正的贡献者是松下。

松下在2008年投资64亿美元收购三洋电气,从而正式进入动力电池行业。目前,松下在日本、中国和美国有七家动力电池工厂。投资机构瑞银集团(UBS)去年的一份研究报告显示,松下的锂离子电池成本低于lg Chem、三星sdi和宁德时代,比排名第二的lg Chem低20%。

由于松下的电池技术和低成本,特斯拉的许多型号在射程和车辆成本方面都有相当大的优势。2014年,马斯克成功说服松下总裁宰因·霍姆斯(Zine El-Hom)在美国内华达州投资建设电池超级工厂。最初,预计到2020年年产量将达到50万节汽车电池。

虽然制造成本低于松下,但宁德作为全球锂离子电池巨头的地位非常稳定。2017年,宁德时代的动力电池出货量达到12兆瓦时,超过松下和比亚迪成为世界第一。此后,宁德时代的出货量继续领先。今年上半年,宁德时代的电池装机容量达到13858兆瓦时,占国内市场总装机容量的46%。

锂离子电池的诞生是新能源汽车蓬勃发展的基础,也是全球向非化石燃料过渡的动力。马斯克一直将“加速世界向可持续能源发展”视为特斯拉的使命。该公司在官方网站上不断更新特斯拉车主的碳排放总量——特斯拉已经减少了350多万吨碳排放。

新京报记者卢逸夫主编许超校对王新

幸运农场投注

推荐阅读