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87年前的天價的懸賞!這筆關于電池的巨額懸賞至今無人獲得……

天價的懸賞

1925年,一位名叫豐田佐吉(Toyoda Sakichi)的日本人來到當時的日本帝國發明創新院,拿出100萬日元作為懸賞,條件是開發出他指定的一種電池。

100萬日元即便在今天也非小數目。這筆錢相當于現在100億日元,折合人民幣約5億元。
要獲得這5億元巨額懸賞,豐田佐吉的要求是什么?他要求的電池具體參數如下:
  • 功率100馬力(約73.5千瓦)

  • 滿充續航時間36小時

  • 重量225公斤

  • 體積0.28立方米

  • 具有大規模制備、商業化應用的可能性

這就是「佐吉電池」。
粗略計算一下,「佐吉電池」的能量密度高達~10000 Wh/kg~10000 Wh/L。要知道,這些數字決非僅基于電極的活性物質重量或體積,而是需考慮整個電池的重量或體積。
不要說八十多年前了,就算在電池技術突飛猛進的當下,這樣的電池都還沒有實現。
***

那現在的水平在哪?拋開實驗室中各種性能“逆天”但規模極小的電極材料不談,單說大規模生產的電池性能。

采用鈷酸鋰正極、石墨負極的傳統鋰離子電池能量密度大約800 Wh/L;即便將石墨負極換成能量密度極高的鋰金屬,電池整體的能量密度也只提升到1100 Wh/L上下。
距離「佐吉電池」的目標,我們差距至少還有一個數量級。
這還僅僅是從能量密度方面考慮,沒有涉及續航時間的要求。
插敘一下??赡苡凶x者已經根據豐田佐吉這個名字猜到,他就是日本豐田汽車公司創始人。
87年前的天價的懸賞!這筆關于電池的巨額懸賞至今無人獲得......
(豐田佐吉,豐田汽車公司創始人)
這位豐田的創始人為何會在八十多年前提出如此瘋狂的電池懸賞呢?

節能的思考

幼時起,豐田佐吉就常常思考如何為資源匱乏的日本做些貢獻。

比如針對土地狹小的問題,佐吉就設想過在大海中建造島嶼(人造島嶼)。
青年時期,佐吉又開始思考能源問題。
他認為,當時日本工業的主要能源——煤,是不可持續的。而要解決能源卡脖子問題,需要從開源和節流兩方面入手。
***
節流的關鍵之一是降低工業生產所用機器的能耗。而節能的“極致”——既不耗費能量又能永久輸出做功的永動機——成為豐田佐吉的青睞對象。
然而,早在17世紀,永動機就因違背了熱力學定律而被判了“死刑”。
但是,大多數永動機的圓周運動特點還是為豐田佐吉的日后發明提供了靈感。
***
20世紀初,日本使用的織布機在運行時需要織梭左右往返運動。往返時梭子被撞擊,不僅噪音大,易損壞設備,能耗也高。
豐田佐吉利用圓周運動,將左右往返運動的織梭改為繞圈的圓周運動方式,避免了撞擊,從而節省了能量。
1906年,圓織機被申請了專利。豐田佐吉發明的「無停止換梭式豐田自動織機(G型)」(簡稱圓織機)為公司大賺了一筆。
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(豐田佐吉發明的圓織機。圖源:豐田產業技術紀念館)
開源方面,則需要尋找新的能源來替代煤炭。

外國的刺激

1924年5月,美國陸軍航空隊的一架道格拉斯飛機降落在上海霞浦機場。

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(美國道格拉斯飛機。圖源:豐田產業技術紀念館)
這架飛機當時正完成一次環球飛行。這段航程從美國阿留申群島出發,飛往印度,經停上海。
當時在上海的豐田佐吉,興沖沖地跑去目睹了這架已經飛越了太平洋的飛機。
飛越太平洋,對于今天的飛機不過是半天之內的事情,但對于上世紀20年代的世界,可是一則爆炸新聞。豐田佐吉被當時美國先進的科技震驚了。
震驚之余,他的倔勁也上來了。豐田佐吉決心不惜一切代價要用日本的手來超越美國人,讓西方人高看日本。
為實現這一目標,豐田佐吉需要解決的問題是利用何種能源為飛機供能,使其能飛越太平洋。
對于資源匱乏的日本,大量煤炭尚需進口,因而燃料不能用煤炭。
相對而言,日本的水電資源較為充沛。
豐田佐吉的想法是,用一種高能電池來貯存水電,然后將這種電池裝到飛機上供其飛行。
「佐吉電池」的想法由此誕生!
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了解了「佐吉電池」的產生背景,其“瘋狂”的性能指標便看起來合理了。
因為夢想中的「佐吉電池」可不是給手機、筆記本電腦這些小型電子產品使用的,也不是電動汽車,況且那時候也沒有這些東西。
它是給電動飛機使用的!
而且,這款電池還要維持電動飛機飛越太平洋,對電池性能要求的苛刻程度之高可想而知。
這樣的夢想電池,豐田佐吉自己做不了,他尋找了外部的幫助。

夢想的追求

于是發生了本文開頭的一幕:豐田佐吉找到創新院,提出誰要是造出他的「佐吉電池」,就能拿到100萬日元的獎勵。

創新院估計也被這位狂人怔住了,他們表示需要尋求相關學術結構審核提案,先看看其可行性。
不出所料,創新院得到的審核意見是“這樣的發明具有劃時代的意義,但不會有人能獲得這筆懸賞”。
這話說得已經很客氣了。言外之意,「佐吉電池」?白日夢。
***
最終,豐田佐吉與創新院達成了妥協。
1925年10月15日,他們簽署了合同,規定此后5年間,每年拿出10萬日元獎勵那些實現「佐吉電池」邁出關鍵步的研究。倘若實現「佐吉電池」的時機成熟,則再將獎金提高到100萬日元。
一步登天不行,只能退而求其次。
不過,豐田佐吉懸賞一經公布,還是引發了日本全國范圍的電池研究競爭。
可是,競賽剛開始不久,豐田佐吉這邊就聽得消息,稱俄羅斯和美國愛迪生研究所已成功開發出高性能的小型儲能裝置。這種儲能裝置其實就是蓄電池,現在油車里的電池仍是這類電池。
為了不甘人后,豐田佐吉與創新院于1925年11月4日簽訂了修訂條款,明確鼓勵日本的蓄電池研發。
從歷年獲獎記錄來看,獲得佐吉賞金的電池研究絕大部分都與蓄電池(堿性、鉛酸皆有)相關。
***
可能覺得做裁判不過癮,帝國發明創新院于1926年自己設立了一個實驗室,專門用于研發「佐吉電池」。
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(帝國發明創新院設立的研究院,致力于「佐吉電池」的研發。圖源:豐田產業技術紀念館)
這個專門的實驗室便是日后豐田實驗室的前身。
然而該實驗室在1945年5月的一次空襲中被大火完全摧毀。研究所的設施和成立以來的重要文件全被付之一炬。
研究室被毀后,經與豐田佐吉后人商討,創新院將剩余的懸賞金用于繼續資助發明創造。

世界的角逐

「佐吉電池」宛若天空中的一顆明亮的星,很遙遠,卻有不少來自世界各地的“追星人”。

誰能最終斬獲「佐吉電池」呢?我們拭目以待……
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(「佐吉電池」的能量和功率甚至高于內燃機。電池研發任重道遠。圖源:Elsevier)

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