2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主吉野彰近日在上海接受記者采訪。本報(bào)記者崔立勇/攝
本報(bào)記者 | 崔立勇
76歲的吉野彰身材略顯單薄,眼神清澈,在上海的旭化成中國總部接受記者采訪時(shí)回答問題一絲不茍,笑起來像個(gè)孩子。 1985年,吉野彰克服諸多技術(shù)難題,確立了鋰離子二次電池(LIB)的基本概念,在旭化成開發(fā)出了世界上第一塊現(xiàn)代鋰離子電池,推動(dòng)世界由此跨入“移動(dòng)IT社會(huì)”。2019年,瑞典皇家科學(xué)院為吉野彰等3名學(xué)者頒發(fā)該年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),表彰其在鋰電池領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。 手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)汽車……在數(shù)不清的產(chǎn)品中,鋰電池都是不可或缺的重要部件,如今人類的“移動(dòng)”須臾離不開鋰電池。在吉野彰獲得諾貝爾獎(jiǎng)之后,曾有媒體這樣報(bào)道:“如果沒有他,可能就不會(huì)有手機(jī)和筆記本電腦。” “說實(shí)話,這些發(fā)展出乎我的預(yù)料。開始研究時(shí),我完全想象不到,‘移動(dòng)IT社會(huì)’能發(fā)展到現(xiàn)在這種程度!奔罢脤Ρ緢(bào)記者表示。
“一根線”牽引鋰電池走過40年
盡管電池行業(yè)發(fā)展之快令人始料未及,但是吉野彰回顧過去近40年的發(fā)展脈絡(luò),隱約感覺有“一根線”將一切串聯(lián)起來。 20世紀(jì)80年代,鋰電池研發(fā)成功后被用在索尼的隨身聽上。邊走路邊聽音樂,逐漸成為很多人的習(xí)慣。但在吉野彰看來,對于鋰電池而言,隨身聽的市場規(guī)模并不大。在此之后,索尼的新款8毫米手持?jǐn)z像機(jī)面世,鋰電池憑借體積小、能量密度高、安全性高等特性,助力攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)小型化和輕量化,攝像機(jī)也成為鋰電池的重要應(yīng)用領(lǐng)域。吉野彰說,攝像機(jī)市場仍在,但是而今僅占鋰電池市場份額的0.1%。隨后,鋰電池市場被接連涌現(xiàn)出來的數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、筆記本電腦占領(lǐng),鋰電池需求開始呈幾何級(jí)增長。 從隨身聽到攝像機(jī),從手機(jī)到筆記本電腦,鋰電池一步一步深入到千家萬戶,應(yīng)用越來越廣。 吉野彰回憶,他最初的研究其實(shí)與電池?zé)o關(guān)。他起步的研究是一種名為聚乙炔的具有導(dǎo)電性的高分子材料。在1980年前后,全球都非常關(guān)注這種可以應(yīng)用于半導(dǎo)體、太陽能發(fā)電等領(lǐng)域的新材料。 在同一時(shí)期,新型二次電池、小型輕量電池的研究也非常廣泛,但是商品化屢屢失敗。將聚乙炔用于電池會(huì)達(dá)到什么樣的效果?吉野彰著手進(jìn)行這樣的嘗試。在研究中,他發(fā)現(xiàn),新型二次電池若想實(shí)現(xiàn)商品化,找到新的負(fù)極材料才是問題的關(guān)鍵。經(jīng)過對電池材料的大量分析,吉野彰最終將聚乙炔切換成碳材料作為負(fù)極,將含有鋰離子的金屬氧化物用于正極,最終研發(fā)成功鋰電池。
汽車電動(dòng)化趨勢不會(huì)改變
吉野彰說,“20年”是汽車產(chǎn)業(yè)的一個(gè)鐵律——一項(xiàng)技術(shù)在其他領(lǐng)域使用20年,積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),才會(huì)被汽車產(chǎn)業(yè)真正采用。 鋰電池恰恰符合這一規(guī)律。自20世紀(jì)90年代鋰電池逐漸應(yīng)用在手機(jī)、筆記本電腦等領(lǐng)域,到2010年底全球首款量產(chǎn)純電動(dòng)汽車——日產(chǎn)聆風(fēng)(Nissan LEAF)上市,整整過去了20年。 “毫無疑問,未來電動(dòng)汽車將成為主流!奔罢谜J(rèn)為新能源汽車滲透率不斷提升的趨勢是“經(jīng)濟(jì)的規(guī)則”。他說,目前在新車銷量中,中國新能源汽車占比約30%,占全球市場比重也達(dá)到了15%。 吉野彰非常看重15%這個(gè)比重。他解釋,從以往的經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)律看,一項(xiàng)新產(chǎn)品上市后,市場占有率一旦達(dá)到15%,就很可能出現(xiàn)更大飛躍。 “2050年,汽車市場需求將發(fā)生重大改變!奔罢眠將2050年視為新能源汽車的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。 “到那時(shí)候,汽車具體會(huì)變成什么樣子,我很難用語言說明。但是,新能源汽車的樣子將和現(xiàn)在完全不同!奔罢帽硎荆菚r(shí)候人工智能等新技術(shù)將與電動(dòng)汽車深度融合。他強(qiáng)調(diào),無論發(fā)生何種變化,汽車向電動(dòng)化方向發(fā)展毫無疑問不會(huì)改變。 吉野彰說,預(yù)測未來是很難的,但是他還是相信,“2050年加油站將會(huì)消失! 吉野彰表示,自問世以來,鋰電池持續(xù)進(jìn)行技術(shù)改良,未來還將繼續(xù)沿著能量密度型和耐久性型兩個(gè)方向發(fā)展下去——進(jìn)一步提升電池的能量密度,這一努力仍在持續(xù);通過采取磷酸鐵鋰材料等方法,提高電池的耐久性。 吉野彰認(rèn)為,鋰電池的下一個(gè)大市場將來自儲(chǔ)能。進(jìn)一步分析,電動(dòng)汽車的鋰電池性能優(yōu)于儲(chǔ)能系統(tǒng)所采用的鋰電池,因此電動(dòng)汽車鋰電池的技術(shù)有望向儲(chǔ)能轉(zhuǎn)移。
可持續(xù)發(fā)展是年輕一代的絕佳機(jī)會(huì)
吉野彰上次來到中國還是七八年前。這次他不僅前往旭化成在蘇州的工廠,還冒著小雨去看了看上海外灘。 統(tǒng)計(jì)顯示,在過去20多年的諾貝爾物理、化學(xué)、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、文學(xué)等獎(jiǎng)項(xiàng)中,獲得者大多數(shù)來自各國的高校和科研機(jī)構(gòu),哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院、劍橋大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、斯坦福大學(xué)、東京大學(xué)、名古屋大學(xué)等都是諾貝爾獎(jiǎng)獲得者的“大戶”。 與之不同,吉野彰是來自企業(yè)的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。吉野彰出生于1948年,1972年加入旭化成工業(yè)株式會(huì)社(現(xiàn)旭化成株式會(huì)社)。他一輩子都在這家企業(yè)工作,至今依然以該公司榮譽(yù)特別研究員的身份繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)研究。吉野彰獲得諾貝爾獎(jiǎng)之后首次接受媒體采訪時(shí)透露:“多虧旭化成為我提供了充足的報(bào)酬和研發(fā)經(jīng)費(fèi),我才得以毫無后顧之憂地開展研究! 旭化成是世界級(jí)綜合化學(xué)公司,現(xiàn)在也是全球領(lǐng)先的鋰電池隔膜制造商。在企業(yè)從事科研工作,與在高校相比有什么不同?吉野彰回答,企業(yè)和大學(xué)進(jìn)行的研究,都包括基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究兩部分,但是這兩部分只是“名稱”相同,“內(nèi)涵”在企業(yè)和大學(xué)完全不一樣。 吉野彰解釋,在大學(xué)從事基礎(chǔ)研究時(shí),目的性不會(huì)特別強(qiáng),首要是發(fā)現(xiàn)新技術(shù),不需要直接考慮研究成果的用途。大學(xué)的科研人員基于大學(xué)的基礎(chǔ)研究成果,希望能夠進(jìn)一步對某個(gè)成果進(jìn)行開發(fā),由此進(jìn)入大學(xué)的應(yīng)用研究階段。技術(shù)的商品化和商業(yè)化在大學(xué)內(nèi)部難以實(shí)現(xiàn)。企業(yè)基礎(chǔ)研究的起點(diǎn)即大學(xué)的應(yīng)用研究階段。若進(jìn)展順利,將立刻進(jìn)入企業(yè)的應(yīng)用研究階段,最終的目標(biāo)直指實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的商業(yè)化。 “最重要的是大學(xué)的應(yīng)用研究如何與企業(yè)的基礎(chǔ)研究進(jìn)行銜接!奔罢谜f,自己對鋰電池的研究始于聚乙炔材料,該材料就是在大學(xué)的應(yīng)用研究中被發(fā)現(xiàn)的。 獲得諾貝爾獎(jiǎng)有何秘訣?吉野彰說,自己對科學(xué)研究始終充滿好奇心,感覺這是非常有意思的事情,能從中獲得很多的樂趣。 在吉野彰看來,自己能夠獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)有兩個(gè)理由。第一,鋰電池的發(fā)明為實(shí)現(xiàn)“移動(dòng)IT社會(huì)”作出很大貢獻(xiàn)。如今,在鋰電池的幫助下,“移動(dòng)IT社會(huì)”已經(jīng)到來。第二,鋰電池被寄予厚望,為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)社會(huì)提供支持!斑z憾的是,現(xiàn)在可持續(xù)社會(huì)尚未實(shí)現(xiàn)。”他說。 實(shí)現(xiàn)可持續(xù)社會(huì)的目標(biāo)驅(qū)使吉野彰堅(jiān)持科研。談及未來發(fā)展,他最為看重的方向之一也是鋰電池的回收再利用。他堅(jiān)持,隨著汽車全面電動(dòng)化,對電池正極材料、負(fù)極材料、電池結(jié)構(gòu)的回收將隨之成為必須面對的重要課題。 吉野彰介紹,目前相關(guān)的回收技術(shù)發(fā)展十分迅猛。負(fù)極材料通過水或溶劑進(jìn)行還原,可以再利用;正極材料加入少許金屬鋰進(jìn)行燒結(jié),也基本可以還原到原來的狀態(tài)。 吉野彰認(rèn)為,在廢舊電池拆解的過程中,務(wù)必要將正極材料和負(fù)極材料分開處理。由此他著重提醒,為了拆解時(shí)正極和負(fù)極材料不混在一起,好的電池極結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。 日本政府提出,到2050年實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo),構(gòu)建“零碳社會(huì)”。吉野彰表示,實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)存在諸多挑戰(zhàn),這反過來也帶來了巨大的空間和機(jī)會(huì)。在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的路上,很多創(chuàng)新技術(shù)將涌現(xiàn),新的企業(yè)和新的產(chǎn)業(yè)也將由此誕生。 “這對年輕一代來說是絕佳的機(jī)會(huì),我希望他們能夠抓住并且充分利用這個(gè)機(jī)會(huì)!奔罢谜f。
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