第六十章 鋰離子電池
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王一男在學校的時候,沒有學過電化學,不過作為化學的一個分支,簡單的可以把電化學理解為電池中的化學就行了,實際上,現代電化學也基本上是為電池服務的。
跟理論物理學相比,電化學更多的像是經驗科學,所謂的電化學的動力學方程雲雲,不過是將各種輸入輸出參數搭配在一起,然後用經驗公式對實驗數據進行擬合罷了。
電池的本質作用,就是電能,一種形式能量的存儲和釋放。
王一男把重點放在鋰電池的研究上,因為鋰原子序數為3,是最輕的金屬,所以用來攜帶能量也是效率最高的元素,鋰離子是最合適的電能攜帶者。
鋰電池主要包括三部分,陰極,主要由石墨類材料組成,放電時鋰離子離開,充電時鋰離子嵌入石墨材料。
陽極,主要是鋰的化合物,以鋰鐵磷酸鹽為主,放電時鋰離子嵌入,充電時鋰離子離開。
電解質溶液,包括液態、聚合物以及最新的固態電解質。
從目前研究來看,大家都在保證安全的前提下,想辦法提升能量密度或者提升充放電的速度/次數,這也很容易理解,要麽,一塊電池可以提供更多的能量,工作時間更長,跑得更遠,要麽,一次充電需要的時間更短。
當然除此之外,還有一個很大的問題,就是從實驗室到大規模生產之間的鴻溝,比如說,在實驗室可以做到一塊電池能夠通話一整天,但是成本可能是目前商用電池的十倍,這樣的實驗室產品也沒有任何實際意義。
王一男準備獨辟蹊徑,換個角度來解決問題。他知道化學界最新的進展是分子機器。正常情況下,分子和分子之間是被強力的共價鍵所維持的,原子通過共價鍵共享電子,共價鍵的形成需要非常多的條件,因此,現實世界天然的化合物種類是有限的。
即使人工合成,穩定的化合物同樣有著各種各樣的限製。
但是,科學家總是有自己的奇思妙想,他們利用光化學複合物作為材料,使用銅離子作為膠水,光化學複合物在銅離子的幫助下,形成了一個奇妙的鎖鏈,而鎖鏈形成之後,科學家將膠水-銅離子拿開,新的穩定的機械鍵代替了共價鍵將兩個分子鎖在一起。
於是,科學家使用各種金屬離子作為膠水,組合成了分子電梯可以把自己提升十幾個分子的高度,分子肌肉,可以拉起非常薄的金屬膜,甚至還有分子小車,有四個輪子的分子組成的小車,在光的照射下可以不斷前進。
王一男要做的事情,就是建造自己的分子機械工程。
他拉上李文靜和趙克勤,“首先我們要做的,就是找到所有分子機器的文獻,所有的實驗數據”。
“最早的分子機器思想,來自於偉大的數學家,物理學家,和計算機學家費曼”,王一男說,
李文靜打斷了他,”那個,我記得這些稱號說的不是你自己嗎?“
王一男麵不改色的說,”我要說的是在我之前的那個,對,就是那個叫做費曼的男人“,
“他赤著腳,穿著粉紅色的polo衫和米色短褲,在一次報告中,轉向觀眾說,現在我們來談談,製造極其微小的、有可移動部件的機器的可能性“。
關於費曼,有個流行最廣的關於智商碾壓的段子,說的是第一顆原子彈爆炸,閃光過後,費曼淡定的走出來,扔出一把紙屑,看了看紙屑飄落的距離,然後直接報出了爆炸的當量,跟最後多種儀器測量的結果比起來,誤差可以忽略不計。
費曼最早設想了製造分子機器的可能性,當然,最早的分子鎖鏈的報告,應該在上世紀五六十年代就出現了,不過有據可考的最早分子機器的論文,應該來自高盧的讓.皮埃爾.薩維奇。
“所以,咱們從1983年他的論文開始,收集所有這個領域的論文”,王一男說。
“當我們把分子作為原材料,各種金屬離子作為粘合劑,指定色譜的光照,或者指定的電流,或者指定的溫度作為條件輸入”,
“使用哥德爾係統在這個受限製的形式化領域進行分析”,
“隻要數據足夠,我們可以得到製造指定結構分子機器的辦法,比如說使用的金屬離子,動力來源,以及所形成結構的各種特性”。
“更進一步,如果我們將這些結構組合編碼,就可以讓分子機器執行我們想要讓他們執行的指令。”
李文靜也明白了,“也就是說我們選擇好基礎材料和粘合劑,施加一定的外部程序,比如說加熱到54.3攝氏度,使用波長436納米的藍光照射25秒,再使用4.2伏特的直流電通電二十秒,再用波長400納米的紫光照射20秒。。。。。。“
”一係列步驟之後,就可能獲得我們期望的複雜分子結構“。
”完全正確“,王一男說,”更進一步,如果我們再去分析各種電極、電解質的電化學特性,跟他們的分子構型之間的關係“,
”我明白了“,李文靜說,”我們就能讓這些分子結構具有我們想要的電化學特性“。
”沒那麽簡單“,王一男說,”電池使用的電極或者電解質材料,很少可以直接用來進行分子編織的“,
”但是,我們可以通過攜帶功能元素的辦法,在形成複雜分子結構的同時,仍然具有我們期望的電化學功能“,李文靜立刻跟上補充到。
王一男沒好氣的看了一眼李文靜,”要不要那麽聰明啊,你讓我享受一下智商碾壓的快感不行嗎“。
”切,月圓之夜,紫禁之巔,葉孤城好歹也要有個西門吹雪做對手呢,沒人理解你,難道不是很寂寞嗎“。
“哎,我發現你也很自戀啊”,王一男說,
“你說我是葉孤城還是西門吹雪”,
“廢話,我那麽漂亮,西門吹雪肯定是我了”,
“。。。”
形式化的工作進展就沒那麽順利了,分子機械工程是一門太新的科學,相關的文獻也太少,對於光跟物質的相互作用,電跟物質的相互作用,就像之前說的那樣,介觀世界的問題,是一個n趨向無窮大的n體問題。
萬事開頭難,王一男決定整個小組的所有力量,都用來攻克2004年報道的首個分子電梯上,這種功能是在一個維度移動的情況,對於形式化來說,是非常有利的,而且相對而言,輪烷這種環狀分子組件是一種最簡單的分子機械組件了。
即使是西門吹雪和葉孤城,在麵對一個全新領域的時候,比如說,讓他們跟陸小鳳比手上功夫?比一個初學者也好不了多少,所有的概念和名詞都需要重新定義,並且讓哥德爾係統理解這些名詞也是一件非常困難的工作,時間也就在忙碌中一天一天過去。
一眨眼功夫,116所的型號驗收會就要開始了,為了表示對容與公司的重視,這次他們邀請了整個容與公司參與飛控係統的團隊,王一男想了一下,分子機械工程是個長期的活,也不急在一時,就呼啦啦拉了一大票人,整個理論組和軟件/硬件組的人,都拉到蜀都。
征求大家意見之後,這次沒讓116所訂機票,大夥都坐了高鐵前往,正好看看華國西北的大好風光,一路上還可以打打牌,吹吹牛,很是愜意。玩了一會撲克,王一男臉上被貼滿了紙條,“不幹了不幹了”,他大喊到,“你們明擺著欺負我嘛”。
“身為一個ceo,活躍氣氛,就是你的基本功能啊”,李文靜說,
“還有什麽比蹂躪一個平時趾高氣揚,頤指氣使的家夥更讓人身心愉快的呢”。
“我來給你們表演一下記憶力吧,這是我在小學時候就玩過的把戲”,王一男拿出撲克,“來,來來,你們誰來每門花色抽出一張“,
”放好,別讓我看到“。王一男說,”我看一遍剩下的撲克,就知道抽掉哪幾張“。
孫偉不相信,”我來“,他抽走四張牌揣口袋裏。
王一男拿過剩下的撲克,一張張的過一遍,嘴裏念念有詞,他看的不算慢,差不多一秒不到一張撲克吧,不到一分鍾,王一男就叫到,
”黑桃a,紅桃三,方塊五,還有,靠,你陰我,還有小鬼!“
孫偉從口袋裏把撲克拿了出來,黑桃a,紅桃三,方塊五,還有小王。。。。
”我靠,老大你怎麽做到的“,孫偉徹底服氣了。”肯定沒想象的那麽難,讓我看看“,李文靜說,
”跟他嘴裏念念有詞一定有關係,同時記憶的數目不可能是五十六個,正常人的極限是十個左右“。
沒等李文靜繼續分析下去,王一男舉手投降,“好啦好啦,其實很簡單,誰想學拍賣記憶方法了,今天就教一個人”。
經過一番“激烈”的競標之後,孫偉以一打可樂成功的贏得了拍賣,他興致勃勃的把王一男拉到一邊,“快,告訴我怎麽弄,改天去酒吧泡妹子去”。
“很簡單,從a到k,最大的數字是多少?”王一男問,
“j是11,q是12,k是13,最大的就是13了”,孫偉說,
“那咱們就需要用到十四進製了,1加上k,十四進製結果是多少?”,王一男繼續問到,
“是10”,“正確,去掉高位呢”,
“那就是0了”,
“5加上k,去掉高位呢”,王一男繼續問到,
孫偉的反應也不慢,“那就是18減掉14,就是4”,
“ok,記住去掉高位,j代表11,q代表12,k代表13的十四進製算數”,王一男說,
“用你熟悉的順序記住四門花色,比如說橋牌的順序黑紅方梅,開始的四個數字是0000”,王一男拿起撲克開始解說,
“紅桃k”,“四個數字變成 0k00”,
“黑桃5”,“四個數字變成 5k00”,
“紅桃3”,“四個數字變成 5200”,
“。。。”
“到最後,如果一張牌都不少的話,四個數字將是7777”。王一男說,
”如果最後算出來是6k05,說明少了黑桃a,紅桃8,方塊7和梅花2“。
“兩個鬼很簡單,少一個你總該有印象”,
“剩下的不用我教你了吧“。
”明白了“,孫偉說,
”這太簡單了,老板威武”,說完,孫偉開始念念有詞的練習起來,看來不久,夜場小王子又會多出一項撩妹技能了。