阳极上的金属原子最终会耗尽 ， 此时意味着电池耗尽电量 。 但在可充电电池中 ， 可以通过充电来逆转这一过程 ， 从而迫使离子和电子回到原位 ， 准备再次启动循环之旅 。 纯金属制成的电极无法承受原子不断进出的压力而不发生坍缩 ， 因此可充电电池必须使用组合材料 ， 使阳极和阴极通过重复的充电循环保持形状 。 这种结构可被比作公寓建筑 ， 其中有用于反应性元素的“房间” 。 可充电电池的性能在很大程度上取决于你能以多快的速度在这些房间里进出 ， 而不会导致建筑物倒塌 。
1977年 ， 年轻的英国科学家斯坦?惠廷汉姆(Stan Whittingham)在新泽西州林登(Linden)的埃克森公司(Exxon)工厂工作 ， 他建造了一个阳极 ， 用铝来形成“公寓街区的墙壁和地板” ， 用锂作为活性材料 。 当他给电池充电时 ， 锂离子从阴极移动到阳极 ， 在铝原子之间的空隙中沉淀 。 当放电时 ， 他们向另一个方向移动 ， 通过电解质回到阴极一侧的空间 。
惠廷汉姆发明了世界上第一个可充电的锂电池 ， 这种硬币大小的电池足以为太阳能手表提供动力 。 但当他试图增加电压(使更多离子进出)或试图制造更大的电池时 ， 它们就会继续燃烧 。 1980年 ， 在牛津大学工作的美国物理学家约翰?古德诺夫(John Goodenough)取得了突破 。 古德诺夫是一名基督徒 ， 曾在第二次世界大战中担任美国陆军气象学家 ， 他也是金属氧化物方面的专家 。 他怀疑 ， 与惠廷汉姆使用的铝化合物相比 ， 肯定有某种物质能为锂提供更坚固的牢笼 。
古德诺夫指导两名博士后研究人员系统性地在周期表中摸索 ， 用不同的金属氧化物对锂进行比对 ， 看看在它们崩溃前能从其中抽出多少锂 。 最终 ， 他们确定了锂和钴的混合物 ， 后者是遍布非洲中部的蓝灰色金属 。 锂钴氧化物可以承受半数锂被拉出的极限 。 当它被用作阴极时 ， 这代表了电池技术向前迈出了一大步 。 钴是一种更轻便、廉价的材料 ， 既适用于小型设备也适用于大型设备 ， 而且大大优于市场上的其他材料 。
如今 ， 古德诺夫的阴极几乎出现在地球上的所有掌上设备中 ， 但他并没有从中赚到一分钱 。 牛津大学拒绝申请专利 ， 他本人也放弃了这项权利 。 但它改变了可能发生的事情 。 1991年 ， 经过10年的修修补补 ， 索尼将古德诺夫的锂钴氧化物阴极与碳阳极结合在一起 ， 试图改善其新型CCD-TR1摄像机的电池续航时间 。 这是第一款用于消费产品的可充电锂离子电池 ， 它改变了整个世界 。
吉恩?伯迪切夫斯基(Gene Berdichevsky)曾是特斯拉的第七名员工 。 当这家电动汽车公司于2003年成立时 ， 电池能量密度稳步提高已经持续了十年 ， 每年的提高幅度约为7% 。 但到了2005年前后 ， 伯迪切夫斯基发现锂离子电池的性能开始趋于平稳 。 在过去的七八年里 ， 科学家们不得不竭尽全力去争取哪怕是0.5%的电池性能提高 。
当时的进步主要来自工程和制造业的改进 。 伯迪切夫斯基说:“在现代化学反应被使用27年后 ， 它们不断接受提炼 。 ”材料更加纯净 ， 电池制造商已经能够通过使每层都变得更薄的方式将更活跃的材料装入相同的空间中 。 伯迪切夫斯基称之为“从罐子里吸出空气” 。 但这也有其自身风险 。 现代电池由极薄的阴极、电解质和阳极材料的交替层组成 ， 与铜和铝电荷收集器紧密地结合起来 ， 将电子带出电池 ， 送到需要的地方 。
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