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2019诺贝尔化学奖花落锂离子电池

来自美国的科学家约翰·古迪纳夫、斯坦利·惠廷厄姆和日本科学家吉野彰分享

2019-10-10 作者: 来源: 大众日报
  □新华社发 当地时间10月9日,在位于斯德哥尔摩的瑞典皇家科学院,一个屏幕上显示2019年诺贝尔化学奖的获得者信息。
  新华社斯德哥尔摩10月9日电 瑞典皇家科学院9日宣布,将2019年诺贝尔化学奖授予来自美国的科学家约翰·古迪纳夫(右图左一)、斯坦利·惠廷厄姆(右图左二)和日本科学家吉野彰,以表彰他们在锂离子电池研发领域作出的贡献。
  据诺贝尔化学奖评选委员会介绍,轻巧、可充电且能量强大的锂离子电池已在全球范围内被应用于手机、笔记本电脑、电动汽车等各种产品,并可以储存来自太阳能和风能的大量能量,从而使无化石燃料社会成为可能。
  20世纪70年代,惠廷厄姆发现了一种能量丰富的材料,这种由二硫化钛制成的材料可以嵌入锂离子,可被用作锂电池的阴极。古迪纳夫推测,如果用金属氧化物来替代金属硫化物制造阴极,电池将具有更大的潜力。经过系统研究,他在1980年证明了嵌入锂离子的氧化钴可以产生4伏的电压。
  在古迪纳夫研制出的阴极基础上,吉野彰1985年开发出了首个接近商用的锂离子电池。他并未使用活泼的金属锂做阳极,而是使用了焦炭,这种碳材料可以像氧化钴一样提供容纳锂离子的空间。锂离子在阴阳极之间运动产生电流。
  一个轻巧耐用、在性能下降前可充放电数百次的电池由此产生。自1991年首次进入市场,锂离子电池彻底改变了人们的生活。这种电池奠定了无线、无化石燃料社会的基础,对人类具有极大益处。
  值得一提的是,三位科学家均已70岁以上。其中,1922年出生、现任教于美国得克萨斯大学奥斯汀校区的古迪纳夫已97岁,打破了诺贝尔奖获得者的最大年龄纪录。三人中年龄最小的日本旭化成公司名誉研究员吉野彰今年也已71岁。
  吉野彰在发布会的电话连线中说,“好奇心是驱使我开展研究的动力”,气候变化是当今非常严峻的挑战,锂离子电池能为解决这一问题提供很大帮助。
  今年诺贝尔化学奖奖金共900万瑞典克朗(约合91万美元),将由三名获奖科学家平分。
创造可充电的绿色新世界
  从智能手机、笔记本电脑等消费电子产品,到电动车和风能、太阳能等大型储能装置,如今锂离子电池已成为我们生活中不可或缺的“能量源”。
  小电池大作用,这个推动人类社会前进的发明终于获得诺贝尔奖的认可。瑞典皇家科学院9日宣布,将2019年诺贝尔化学奖授予来自美国的科学家约翰·古迪纳夫、斯坦利·惠廷厄姆和日本科学家吉野彰,以表彰他们在锂离子电池研发领域作出的贡献。
  本届诺贝尔化学奖花落锂离子电池可谓众望所归。早在20世纪70、80年代,三位获奖研究者就确立了现代锂离子电池的基本框架,20世纪90年代起,锂离子电池开始大规模进入市场,如今已几乎无处不在。
  锂离子电池主要由阴极、阳极、电解液、隔膜、外电路等部分组成,依靠锂离子在阴阳极之间的移动产生电流。电池阴阳极材料的选择对于能效和安全性至关重要。目前最普遍的可充电锂离子电池,使用钴酸锂材料为阴极,碳材料为阳极,具有能量密度高、循环寿命长、安全可靠等优点。
  20世纪70年代的石油危机催生了对新能源储能的需求,也推动了电池研发,为未来锂离子电池打下基础。当时正致力于超导体研发的惠廷厄姆创新地使用二硫化钛作为阴极材料存储锂离子,以金属锂作为部分阳极材料,制成了首个新型电池。但由于金属锂化学特性过于活泼,这种电池具有易爆炸的潜在危险。
  这时,正如其名的意译“足够好”(Goodenough)一样,古迪纳夫贡献了“足够好”的新灵感。这位创造了诺奖获得者高龄新纪录的老人曾作为航空气象兵参加二战,战后又赴美国芝加哥大学深造获物理学博士学位。他在1980年发现,用钴酸锂作为阴极材料,比之前的二硫化钛更适合存储锂离子。目前,97岁的古迪纳夫仍在致力于电池研发。
  在远隔重洋的日本,吉野彰研发的阳极材料和古迪纳夫的阴极材料形成“天作之合”。吉野彰发现,石油焦炭可作为更好的阳极,但因找不到合适的阴极材料而苦恼。直到他读到古迪纳夫的论文,才兴奋地说“他的发现给了我所需要的一切”。至此,以钴酸锂为阴极,以碳材料为阳极的锂离子电池诞生了。
  1991年,两人合作发明的锂离子电池正式上市销售,它轻巧耐用、安全可靠,在性能下降前可充放电数百次。
  当获奖后接受采访回答研究初衷时,吉野彰说自己完全是“好奇心驱使”,研究是一个漫长的过程,“我只不过是嗅出了潮流发展的方向,你可以说我的嗅觉很好”。
  诺贝尔委员会成员奥洛夫·拉姆斯特伦评价获奖成果时说:“这一神奇电池所带来的巨大的、惊人的社会影响有目共睹。”诺贝尔委员会还说,获奖研究有助于我们从由化石燃料驱动的生活方式转向由电能驱动的生活方式,对于应对气候变化也至关重要。
  值得一提的是,本次诺贝尔化学奖颁给锂离子电池研究,再度印证了诺贝尔奖对跨学科研究的日益重视。诺贝尔委员会在颁奖现场接受新华社记者提问时说,未来可能更多的新发现来自于多学科的研究合作,我们看到了化学和生物、物理相结合,可能还会有科学与工程、设计的结合。
  (新华社斯德哥尔摩10月9日电)