好事多磨 鋰電池終獲諾獎
發(fā)布時間：2019-10-10 來源： 邵光華 知識分子 分享到：
撰文 | 邵光華
● ● ●
2019年諾貝爾化學(xué)獎授予約翰·班寧斯特·古迪納夫（John. B. Goodenough）教授、斯坦利·惠廷漢姆（Stanley Whittingham）教授、吉野彰教授，三位的獲獎理由是：
古迪納夫首先發(fā)現(xiàn)了鈷酸鋰作為合適的陰極材料，后續(xù)又發(fā)現(xiàn)了錳基尖晶石和磷酸鐵鋰。吉野彰在確立鋰離子電池的基本框架后，后續(xù)不斷改進(jìn)其性能與安全性。 1979年，古迪納夫發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰適合作為陰極材料，降低了已存鋰離子電池（由金屬鋰做陰極材料）的安全隱患。吉野彰采用了這一發(fā)現(xiàn)，先是以聚乙炔后以碳基材料為陽極，在電池中消除金屬鋰，使用含鋰化合物，確立了現(xiàn)代鋰離子電池的基本框架。1991年，索尼公司將兩人合作研發(fā)的鋰離子電池推向市場，標(biāo)志著鋰離子電池進(jìn)入廣泛應(yīng)用。如今鋰離子電池被廣泛應(yīng)用到移動電子設(shè)備、電動車、太陽能領(lǐng)域。而吉野彰也憑借在鋰離子電池領(lǐng)域的成就，成為第8位獲得諾貝爾化學(xué)獎的日本科學(xué)家，同時也是第24位獲得自然科學(xué)類諾貝爾獎的日本科學(xué)家（含兩位美籍）。
1922年7月25日，古迪納夫教授在德國出生，現(xiàn)年97歲。1943年，他在耶魯大學(xué)獲得數(shù)學(xué)系學(xué)士學(xué)位。二戰(zhàn)之后，古迪納夫于1952年在芝加哥大學(xué)獲得物理學(xué)博士學(xué)位。1952到1976年，古迪納夫在MIT的林肯實驗室工作，主要進(jìn)行關(guān)于內(nèi)存的材料物理研究。1976年，古迪納夫進(jìn)入牛津大學(xué)任教授并作為無機化學(xué)研究負(fù)責(zé)人。1986年起，古迪納夫在德州大學(xué)奧斯丁分校擔(dān)任教授，繼續(xù)從事能源材料的研究。 1948年1月30日，吉野彰教授出生于日本大阪，現(xiàn)年71歲。吉野教授于1970年從京都大學(xué)工學(xué)部石油化學(xué)科畢業(yè)，1972年獲工學(xué)碩士學(xué)位，2005年獲大阪大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位。1972年，吉野彰進(jìn)入旭化成工業(yè)株式會社，1994年擔(dān)任AT&T技術(shù)開發(fā)部長，1997年擔(dān)任旭化成工業(yè)株式會社離子二次電池事業(yè)推進(jìn)室室長。2005年至今，吉野教授擔(dān)任旭化成工業(yè)株式會社吉野研究室室長。 Whittingham 教授現(xiàn)就任于東北化學(xué)能源儲存中心（NECCES），美國賓厄姆頓大學(xué)能源前沿研究中心（EFRC）。他與 John B. Goodenough 在鋰電領(lǐng)域取得開拓性研究，2015 年被湯森路透預(yù)測為諾貝爾化學(xué)獎的候選人。 Whittingham 教授于 1971 年獲得 ECS 電化學(xué)學(xué)會頒發(fā)的青年學(xué)者獎，2004 年獲得 ECS 電化學(xué)學(xué)會頒發(fā)的電池研究獎，并因其對鋰電池科學(xué)和技術(shù)的貢獻(xiàn)而于 2006 年當(dāng)選為 ECS 電化學(xué)學(xué)會成員。 古迪納夫的一生充滿了傳奇色彩。他既是著作等身的科學(xué)家，也是虔誠的基督徒。他是舉世公認(rèn)的”鋰離子電池之父“，卻幾乎沒有從發(fā)明中獲得利益。他在年輕時酷愛文學(xué)與哲學(xué)，但最終誤打誤撞以優(yōu)異成績從耶魯大學(xué)數(shù)學(xué)系畢業(yè)。 正當(dāng)古迪納夫打算攻讀物理學(xué)時，二戰(zhàn)爆發(fā)了，古迪納夫加入軍隊，以氣象專家的身份為航空部隊服務(wù)。戰(zhàn)爭結(jié)束后，他決定繼續(xù)攻讀物理學(xué)。盡管有教授認(rèn)為以他的年齡，很難在物理學(xué)領(lǐng)域有所建樹，但古迪納夫沒有氣餒。獲得固態(tài)物理博士學(xué)位后，他進(jìn)入林肯實驗室工作。在那里，他發(fā)現(xiàn)了鐵氧體磁芯的電流重合記憶功能——電子計算機內(nèi)存技術(shù)的基礎(chǔ)。 在林肯實驗室工作期間，古迪納夫接觸到了一些能源材料，研究了鋰離子的移動。當(dāng)時正趕上美國受到阿拉伯國家石油禁運的影響，能源問題日益突出。古迪納夫決定投身鋰電池的研究，機緣巧合下，來到牛津大學(xué)擔(dān)任無機化學(xué)教授。 看樣子，古迪納夫似乎又晚到一步：可充電鋰電池已經(jīng)被英國化學(xué)家懷廷漢姆發(fā)明。但這種電池容易在充放電過程中起火爆炸，難以推廣應(yīng)用。古迪納夫堅信自己能發(fā)明更高效、更安全的鋰離子電池。經(jīng)過反復(fù)實驗計算，他發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰是比原先使用的硫化鈦更適合儲存鋰離子。 地球的另一端，吉野彰也在絞盡腦汁攻克鋰離子電池難題。他已經(jīng)找到了合適的陽極材料，但苦于沒有合適的陰極材料——直到他讀到了古迪納夫的論文。吉野彰回憶：“他的發(fā)現(xiàn)給了我所需要的一切，鈷酸鋰運行良好，能把現(xiàn)有的鋰鎘電池的重量縮減三分之一。” 吉野彰設(shè)計的鋰離子電池以碳基材料為陽極，以鈷酸鋰為陰極，完全去除電池中的金屬鋰，提高了安全性。這一技術(shù)范式確立了鋰離子電池的基本概念。為了改進(jìn)鋰離子電池性能，吉野彰又對鋰離子電池進(jìn)行了多次技術(shù)改良，例如采用鋁箔做集流體，用聚乙烯薄膜做離子隔膜，對鋰離子電池的電解質(zhì)改進(jìn)，使其能夠提供更高的電壓。 1991年，兩人合作發(fā)明的鋰離子電池被索尼公司推向市場，標(biāo)志著鋰離子電池的大規(guī)模使用。兩人也因此結(jié)下了深厚友誼。此后，吉野彰每年都會去德州拜訪古迪納夫。回顧歷史，吉野彰表示：“電池技術(shù)是復(fù)雜又困難的學(xué)科交叉領(lǐng)域，它的發(fā)展需要多方面的專家。在我看來，鋰離子電池是集體智慧的成果。” 97歲高齡的古迪納夫仍然在繼續(xù)從事能源方面的研究。古迪納夫希望能研發(fā)出高能量密度、高安全性的固態(tài)電池，從而解決人類潛在的能源危機。他說：“我想在去世前解決這個問題，我才九十多歲，還有時間。”
