第六十章 锂离子电池(1/2)

王一男在学校的时候，没有学过电化学，不过作为化学的一个分支，简单的可以把电化学理解为电池中的化学就行了，实际上，现代电化学也基本上是为电池服务的。

跟理论物理学相比，电化学更多的像是经验科学，所谓的电化学的动力学方程云云，不过是将各种输入输出参数搭配在一起，然后用经验公式对实验数据进行拟合罢了。

电池的本质作用，就是电能，一种形式能量的存储和释放。

王一男把重点放在锂电池的研究上，因为锂原子序数为3，是最轻的金属，所以用来携带能量也是效率最高的元素，锂离子是最合适的电能携带者。

锂电池主要包括三部分，阴极，主要由石墨类材料组成，放电时锂离子离开，充电时锂离子嵌入石墨材料。

阳极，主要是锂的化合物，以锂铁磷酸盐为主，放电时锂离子嵌入，充电时锂离子离开。

电解质溶液，包括液态、聚合物以及最新的固态电解质。

从目前研究来看，大家都在保证安全的前提下，想办法提升能量密度或者提升充放电的速度/次数，这也很容易理解，要么，一块电池可以提供更多的能量，工作时间更长，跑得更远，要么，一次充电需要的时间更短。

当然除此之外，还有一个很大的问题，就是从实验室到大规模生产之间的鸿沟，比如说，在实验室可以做到一块电池能够通话一整天，但是成本可能是目前商用电池的十倍，这样的实验室产品也没有任何实际意义。

王一男准备独辟蹊径，换个角度来解决问题。他知道化学界最新的进展是分子机器。正常情况下，分子和分子之间是被强力的共价键所维持的，原子通过共价键共享电子，共价键的形成需要非常多的条件，因此，现实世界天然的化合物种类是有限的。

即使人工合成，稳定的化合物同样有着各种各样的限制。

但是，科学家总是有自己的奇思妙想，他们利用光化学复合物作为材料，使用铜离子作为胶水，光化学复合物在铜离子的帮助下，形成了一个奇妙的锁链，而锁链形成之后，科学家将胶水-铜离子拿开，新的稳定的机械键代替了共价键将两个分子锁在一起。

于是，科学家使用各种金属离子作为胶水，组合成了分子电梯可以把自己提升十几个分子的高度，分子肌肉，可以拉起非常薄的金属膜，甚至还有分子小车，有四个轮子的分子组成的小车，在光的照射下可以不断前进。

王一男要做的事情，就是建造自己的分子机械工程。

他拉上李文静和赵克勤，“首先我们要做的，就是找到所有分子机器的文献，所有的实验数据”。

“最早的分子机器思想，来自于伟大的数学家，物理学家，和计算机学家费曼”，王一男说，

李文静打断了他，”那个，我记得这些称号说的不是你自己吗？“

王一男面不改色的说，”我要说的是在我之前的那个，对，就是那个叫做费曼的男人“，

“他赤着脚，穿着粉红色的polo衫和米色短裤，在一次报告中，转向观众说，现在我们来谈谈，制造极其微小的、有可移动部件的机器的可能性“。

关于费曼，有个流行最广的关于智商碾压的段子，说的是第一颗原子弹爆炸，闪光过后，费曼淡定的走出来，扔出一把纸屑，看了看纸屑飘落的距离，然后直接报出了爆炸的当量，跟最后多种仪器测量的结果比起来，误差可以忽略不计。

费曼最早设想了制造分子机器的可能性，当然，最早的分子锁链的报告，应该在上世纪五六十年代就出现了，不过有据可考的最早分子机器的论文，应该来自高卢的让.皮埃尔.萨维奇。

“所以，咱们从1983年他的论文开始，收集所有这个领域的论文”，王一男说。

“当我们把分子作为原材料，各种金属离子作为粘合剂，指定色谱的光照，或者指定的电流，或者指定的温度作为条件输入”，

“使用哥德尔系统在这个受限制的形式化领域进行分析”，

“只要数据足够，我们可以得到制造指定结构分子机器的办法，比如说使用的金属离子，动力来源，以及所形成结构的各种特性”。

“更进一步，如果我们将这些结构组合编码，就可以让分子机器执行我们想要让他们执行的指令。”

李文静也明白了，“也就是说我们选择好基础材料和粘合剂，施加一定的外部程序，比如说加热到54.3摄氏度，使用波长436纳米的蓝光照射25秒，再使用4.2伏特的直流电通电二十秒，再用波长400纳米的紫光照射20秒。。。。。。“

”一系列步骤之后，就可能获得我们期望的复杂分子结构“。

”完全正确“，王一男说，”更进一步，如果我们再去分析各种电极、电解质的电化学特性，跟他们的分子构型之间的关系“，

”我明白了“，李文静说，”我们就能让这些分子结构具有我们想要的电化学特性“。

”没那么简单“，王一男说，”电池使用的电极或者电解质材料，很少可以直接用来进行分子编织的“，

”但是，我们可以通过携带功能元素的办法，在形成复杂分子结构的同时，仍然具有我们期望的电化学功能“，李文静立刻跟上补充到。

王一男没好气的看了一眼李文静，”要不要那么聪明啊，你让我享受一下