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月之影面 第六十章 锂离子电池

时间:2017-10-25作者:哥德尔系统

    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,你让我享受一下智商碾压的快感不行吗“。

    ”切,月圆之夜,紫禁之巅,叶孤城好歹也要有个西门吹雪做对手呢,没人理解你,难道不是很寂寞吗“。

    “哎,我发现你也很自恋啊”,王一男说,

    “你说我是叶孤城还是西门吹雪”,

    “废话,我那么漂亮,西门吹雪肯定是我了”,

    “。。。”

    形式化的工作进展就没那么顺利了,分子机械工程是一门太新的科学,相关的文献也太少,对于光跟物质的相互作用,电跟物质的相互作用,就像之前说的那样,介观世界的问题,是一个n趋向无穷大的n体问题。

    万事开头难,王一男决定整个小组的所有力量,都用来攻克2004年报道的首个分子电梯上,这种功能是在一个维度移动的情况,对于形式化来说,是非常有利的,而且相对而言,轮烷这种环状分子组件是一种最简单的分子机械组件了。

    即使是西门吹雪和叶孤城,在面对一个全新领域的时候,比如说,让他们跟陆小凤比手上功夫?比一个初学者也好不了多少,所有的概念和名词都需要重新定义,并且让哥德尔系统理解这些名词也是一件非常困难的工作,时间也就在忙碌中一天一天过去。

    一眨眼功夫,116所的型号验收会就要开始了,为了表示对容与公司的重视,这次他们邀请了整个容与公司参与飞控系统的团队,王一男想了一下,分子机械工程是个长期的活,也不急在一时,就呼啦啦拉了一大票人,整个理论组和软件/硬件组的人,都拉到蜀都。

    征求大家意见之后,这次没让116所订机票,大伙都坐了高铁前往,正好看看华国西北的大好风光,一路上还可以打打牌,吹吹牛,很是惬意。玩了一会扑克,王一男脸上被贴满了纸条,“不干了不干了”,他大喊到,“你们明摆着欺负我嘛”。

    “身为一个ceo,活跃气氛,就是你的基本功能啊”,李文静说,

    “还有什么比蹂躏一个平时趾高气扬,颐指气使的家伙更让人身心愉快的呢”。

    “我来给你们表演一下记忆力吧,这是我在小学时候就玩过的把戏”,王一男拿出扑克,“来,来来,你们谁来每门花色抽出一张“,

    ”放好,别让我看到“。王一男说,”我看一遍剩下的扑克,就知道抽掉哪几张“。

    孙伟不相信,”我来“,他抽走四张牌揣口袋里。

    王一男拿过剩下的扑克,一张张的过一遍,嘴里念念有词,他看的不算慢,差不多一秒不到一张扑克吧,不到一分钟,王一男就叫到,

    ”烟桃a,红桃三,方块五,还有,靠,你阴我,还有小鬼!“

    孙伟从口袋里把扑克拿了出来,烟桃a,红桃三,方块五,还有小王。。。。

    ”我靠,老大你怎么做到的“,孙伟彻底服气了。”肯定没想象的那么难,让我看看“,李文静说,

    ”跟他嘴里念念有词一定有关系,同时记忆的数目不可能是五十六个,正常人的极限是十个左右“。

    没等李文静继续分析下去,王一男举手投降,“好啦好啦,其实很简单,谁想学拍卖记忆方法了,今天就教一个人”。

    经过一番“激烈”的竞标之后,孙伟以一打可乐成功的赢得了拍卖,他兴致勃勃的把王一男拉到一边,“快,告诉我怎么弄,改天去酒吧泡妹子去”。

    “很简单,从a到k,最大的数字是多少?”王一男问,

    “j是11,q是12,k是13,最大的就是13了”,孙伟说,

    “那咱们就需要用到十四进制了,1加上k,十四进制结果是多少?”,王一男继续问到,

    “是10”,“正确,去掉高位呢”,

    “那就是0了”,

    “5加上k,去掉高位呢”,王一男继续问到,

    孙伟的反应也不慢,“那就是18减掉14,就是4”,

    “ok,记住去掉高位,j代表11,q代表12,k代表13的十四进制算数”,王一男说,

    “用你熟悉的顺序记住四门花色,比如说桥牌的顺序烟红方梅,开始的四个数字是0000”,王一男拿起扑克开始解说,

    “红桃k”,“四个数字变成 0k00”,

    “烟桃5”,“四个数字变成 5k00”,

    “红桃3”,“四个数字变成 5200”,

    “。。。”

    “到最后,如果一张牌都不少的话,四个数字将是7777”。王一男说,

    ”如果最后算出来是6k05,说明少了烟桃a,红桃8,方块7和梅花2“。

    “两个鬼很简单,少一个你总该有印象”,

    “剩下的不用我教你了吧“。

    ”明白了“,孙伟说,

    ”这太简单了,老板威武”,说完,孙伟开始念念有词的练习起来,看来不久,夜场小王子又会多出一项撩妹技能了。
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