諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C布 他們延長了整個(gè)世界的續(xù)航

10月9日，2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)揭曉，共有三位，分別是97歲的約翰·古德伊納夫（John B． Goodenough），現(xiàn)任德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校工程學(xué)教授；77歲的斯坦利·惠廷漢姆（M． Stanley Whittingham），紐約州立大學(xué)賓厄姆頓分校的化學(xué)教授；71歲的吉野彰（Akira Yoshino），是日本旭化成公司的研究員，京都大學(xué)特命教授。他們的獲獎(jiǎng)理由是：在發(fā)明鋰電池的過程中所做的貢獻(xiàn)。

組委會(huì)表示，“鋰離子電池已經(jīng)徹底改變了我們的生活，被用于從手機(jī)到筆記本電腦再到電動(dòng)汽車的所有領(lǐng)域。他們?nèi)坏母冻鰹橐粋€(gè)無線（可移動(dòng)），無化石燃料的社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。”

上世紀(jì) 70 年代的石油危機(jī)直接促成了鋰電池研發(fā)的開端。石油巨頭埃克森公司（Exxon）判斷石油資源作為不可再生資源將會(huì)在不久以后面臨枯竭，于是組建了研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)下一代無化石燃料能源技術(shù)。

這個(gè)時(shí)候，超導(dǎo)體研究被提上日程，斯坦利·惠廷漢姆說是鋰離子電池最早的“開拓者”，他把二硫化鈦、金屬鋰運(yùn)用到鋰電池的正負(fù)極材料中，鋰電池具有重量輕、容量大、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，充電時(shí)，鋰離子從正極移動(dòng)到負(fù)極，放電則回到正極，能夠釋放剛剛超過2伏的電壓。

1976 年，?？松暾埩耸澜缟系谝粋€(gè)鋰電池的發(fā)明專利，然而這家公司并沒有將技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)價(jià)值。

當(dāng)時(shí)的鋰電池存在一定缺陷，作為負(fù)極材料的金屬鋰會(huì)和有機(jī)電解液發(fā)生反應(yīng)，負(fù)極材料逐漸粉末化直至最終失去活性，同時(shí)在充放電過程中長出鋰枝晶，從而有可能刺穿隔膜導(dǎo)致電池發(fā)生短路甚至燃燒爆炸，無法商用。

爆炸問題在當(dāng)時(shí)引起了約翰·古德伊納夫的關(guān)注。他是美國固體物理學(xué)家，也是鋰電池產(chǎn)業(yè)的重要學(xué)者，被形容為“為鋰電池而生”的科學(xué)家。1980 年，約翰·古德伊納夫用鈷氧化物將鋰電池的電位提高到了4伏。用鈷酸鋰做正極的電池讓當(dāng)時(shí)的電池技術(shù)向前邁出了一大步。

約翰·古德伊納夫作為“半路出家”的電化學(xué)家最先開發(fā)的是鈉硫電池，后來他發(fā)現(xiàn)了鈷酸鋰和磷酸鐵鋰兩種電極材料，如今，他也被認(rèn)為是固態(tài)化學(xué)和物理學(xué)領(lǐng)域的巨人。約翰·古德伊納夫多年來一直陪跑諾獎(jiǎng)，外界戲稱其為化學(xué)界的“村上春樹”，但現(xiàn)在，他終于成為有史以來諾貝爾獎(jiǎng)年齡最大的獲得者，超過了去年96歲的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者。

約翰·古德伊納夫?yàn)槿祟惿鐣?huì)帶來了鋰電池，但是如今對于鋰電池能量密度的提升卻有著迫切需求，尤其是在全球都在大力發(fā)展新能源汽車之時(shí)，提高電池能量密度就意味著同樣體積的電池能夠驅(qū)動(dòng)車輛跑得更遠(yuǎn)，這會(huì)讓更多人接受新能源汽車。

在約翰·古德伊納夫苦心鉆研鈷酸鋰之際，吉野彰也發(fā)揮了自身的作用。他從約翰·古德伊納夫的一篇論文中得到了啟示，找到了合適的負(fù)極材料——用碳材料代理金屬鋰，像正極的氧化鈷一樣，可以嵌入鋰離子。在充放電的過程沒有金屬鋰的存在，只有鋰離子，這也確立了鋰離子電池的基本概念。

1985 年，吉野彰發(fā)明了首個(gè)可用于商業(yè)的鋰離子電池。鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)在于不是基于分解電極的化學(xué)反應(yīng)，而是基于鋰離子在負(fù)極和正極之間來回流動(dòng)。為了提高性能，吉野彰對電池進(jìn)行了多次改良，促使鋰離子電池輕量化，更安全，終于將其推向商業(yè)化的道路，可以說吉野彰對于鋰離子電池的現(xiàn)代化發(fā)展功不可沒。

約翰·古德伊納夫和吉野彰的“合力”也讓實(shí)驗(yàn)室里的技術(shù)走向商業(yè)化。1991 年索尼發(fā)布首個(gè)商用鋰離子電池。直到如今，生活中可見的便攜式設(shè)備主要是用此類鈷酸鋰電池?？茖W(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有停滯于此，為了找到比鈷便宜的替代金屬，以及更利于鋰離子高效運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，錳酸鋰，磷酸鐵鋰相繼被應(yīng)用于鋰離子電池中。

如果說斯坦利·惠廷漢姆是鋰電池的開創(chuàng)者，約翰·古德伊納夫是掃清了鋰電池技術(shù)前進(jìn)最大的路障，吉野彰則推了最后一把力，讓鋰離子電池“革新”了電子設(shè)備。

諾貝爾組委會(huì)給予了三位獲獎(jiǎng)?wù)吆芨叩脑u價(jià)，鋰離子電池不僅讓世界動(dòng)起來成為可能，更有意義的是讓我們能夠不完全依賴石油燃料，生活在一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的世界中。

電池為手機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)汽車和無數(shù)其他現(xiàn)代生活設(shè)備提供了動(dòng)力，并可能成為綠色未來的基礎(chǔ)。吉野彰直言：“為了解決氣候變化問題，我們必須建立一個(gè)可再生能源發(fā)電的社會(huì)?！?/p>

的確，利用電池儲(chǔ)存來自風(fēng)能和太陽能等可再生能源的電力為遏制全球變暖開辟了新的可能性。這或許也是諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)被授予這三位科學(xué)家的內(nèi)在而深遠(yuǎn)的意義。