三人小心将装配好原料的石英坩埚封好,用防震箱一路护送到隔壁冶金所。
在冶金所同志的配合下,坩埚被稳稳推进了专业的硅碳棒窑炉。
纪尚功、顾衡和陈绍宗三人轮班守在窑炉的温控仪表旁,严格按照操作规程,每隔十分钟记录一次温度曲线,谁也不敢合眼。
整整十二个小时的高温烧结,加上缓慢的自然冷却。
当纪尚功戴着厚重的隔热手套,用长柄火钳将坩埚取出。倾倒在白色瓷盘里的,已彻底化作泛着均匀乌黑光泽的固体粉末。
钴酸锂合成成功。
攻坚战只是打赢了第一场。更难的骨头还在后面。
负极用的高纯度石墨粉可以通过物理筛分提纯得到。可在组装结构图上,正负极之间必须有一层隔离材料。
图纸上写着:多孔聚丙烯/聚乙烯复合膜。
不仅化学中心没人懂这是什么高分子聚合物,查遍了国外的技术资料也找不到任何合成工艺的记载。
纪尚功拿着图纸,硬着头皮去了主楼三层的院长办公室。
林天佑正在办公桌前绘制微型电路的布线图,见纪尚功进来,停下笔问:“材料卡住了?”
纪尚功面带愧色:“正极钴酸锂烧出来了。这个聚丙烯复合膜,我们提炼不出对应的烯烃单体,设备条件完全不允许进行聚合反应。没这层绝缘膜,正负极一接触就会短路。”
林天佑靠在椅背上,从桌上的文件堆里抽出一张质地偏硬的纸。
“初期工业基础跟不上,很正常。”林天佑把纸递过去,“用牛皮纸,或者韧性好一点的宣纸。”
纪尚功接纸的手悬在半空。
“牛皮纸?”纪尚功以为自己听错了,“用包东西的牛皮纸做高科技电池的隔膜?”
“高分子复合膜的作用,说到底是允许锂离子穿透,同时阻止正负极的电子直接接触。”林天佑在纸上画了个草图,“把牛皮纸或者宣纸裁剪好,先在真空烘箱里彻底去除水分,再放到特制的电解液里浸泡四十八小时。纸张纤维本身的微孔结构,足够暂时替代现代隔膜的通透性。照着做就行。”
纪尚功咽了口唾沫,拿着图纸跑回实验室。这就是林天佑的可怕之处,他能用最高深的理论,兼容最落后的土法工艺。
现在,只剩最后一关。
也是最危险的一关,电解质的制备与组装。
常规的液态电解液极易泄漏,林天佑给出的方案是半固态聚合物电解质。
这就需要将一种核心盐类,六氟磷酸锂,溶解在碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合溶剂里。
顾衡把提纯出来的试剂摆在实验台上,脸色极为凝重。
“主任,这个六氟磷酸锂的制备和注入,危险系数太高了。”顾衡指着试剂瓶,“这些有机溶剂全都是易燃易爆品。关键是这整个反应过程不能接触哪怕万分之一克的水。空气里的正常水汽只要沾到一点,六氟磷酸锂就会立刻发生水解,产生剧毒的氢氟酸气体。常规的通风橱绝对做不了这个实验。”
“没错,安全第一,必须杜绝任何水解泄漏的可能。”纪尚功点头,眼中闪过精芒,“没有绝对干燥的环境,我们就自己造一个!”
他立刻拿来纸笔画草图:“绍宗,你去仓库找一个最大的厚玻璃器皿,或者废弃的密封隔离舱。顾衡,你去弄两条加厚的橡胶长筒手套,再找一瓶高纯度的工业氮气和足量的五氧化二磷干燥剂!”
三个小时后,一个粗糙但严密的土法惰性气体手套箱,在实验台上搭建完毕。
厚重的玻璃箱体被橡胶圈和密封胶封住边缘,正面开的两个圆孔里套着向内延伸的厚橡胶手套。
箱体内放着满满几大盘用于吸水的五氧化二磷,高纯氮气通过阀门源源不断的冲入箱体,将含有水分的空气彻底置换出去。
“氧气和水汽含量已经降到最低,可以开始了。”顾衡看着简易湿度计的指针降到底部,汇报道。
纪尚功换上防静电工作服,戴上护目镜和防毒面罩以防万一。
他将双手伸进手套箱的橡胶手套里,隔着厚厚的玻璃,在完全无水无氧的纯氮气环境下,开始进行溶剂的滴加和混合。
在这个密闭的安全舱里,有机溶剂被安全加热。
没有暴沸,没有水解反应,剧毒的氢氟酸气体从根源上被掐断了生成的可能。
时间一分一秒过去。
两个小时后,纪尚功停止了加热。
玻璃箱内的烧杯底部,躺着一小块呈现出半透明果冻状的物质。
这就是这个时代绝无仅有的聚合物锂电解质。
“成了!”纪尚功长舒一口气。
万事俱备。
为了确保绝对的安全和干燥,最后的纯手工组装依然在这个自制的手套箱内进行。
底下一层是极薄的铜箔,涂满石墨粉。中间放上彻底脱水并用电解液浸泡过的牛皮纸。上面盖上一层铝箔,涂满黑色的钴酸锂粉末。最后将果冻状的电解质均匀涂抹在夹层之中。
四周用火漆和绝缘耐高温胶带进行封边,防止任何可能的漏气和短路。
没有任何机械化设备的加持,这块完全靠科研人员用智慧和汗水硬生生捏出来的聚合物锂电池,终于成型。
它外观难看极了,只有一个包裹着防火胶带的丑陋长方体小包。
顾衡拿来游标卡尺和天平。
“厚度,6.8毫米。重量,43克。尺寸完全达标!”顾衡的声调发抖。
纪尚功拿过万用表,将红色和黑色的测试探针分别压在引出的正负极铜片上。
液晶表盘上闪烁了几下,最终定格在一个数字上。
“3.72伏!”陈绍宗一拳砸在桌子上,“空载电压达标!”
“上负载测试!”纪尚功扔掉万用表。
顾衡拿过一个测试台,上面连接着一个1.5瓦的小型白炽灯泡。这种灯泡的启动电流要求极高。
顾衡的手指捻着电池的引线,缓缓搭在灯泡的金属底座上。
电路接通的霎时间。
原本灯泡钨丝骤然发红,紧接着迸发出刺眼明亮的白光,把三个人的脸庞照得清清楚楚。
没有短路,没有起火,光芒稳定而持续。
灯亮了。
纯手工熬制的龙国第一块聚合物锂电池,在落后西方几十年却充满科学严谨精神的实验室里,供电成功!
纪尚功看着那团白光,长长呼出一口气,眼皮微红。
克服了一无所有的技术荒漠,守住了科研的安全红线,这几天几夜的连轴转,全值了。