好事多磨 鋰電池終獲諾獎(jiǎng)
發(fā)布時(shí)間：2019-10-10 來(lái)源： 邵光華 知識(shí)分子 分享到：
撰文 | 邵光華
● ● ●
2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)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(jiǎng)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(yáng)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(chǎng)，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(dòng)電子設(shè)備、電動(dòng)車、太陽(yáng)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(jiǎng)的日本科學(xué)家，同時(shí)也是第24位獲得自然科學(xué)類諾貝爾獎(jiǎng)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(guó)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(shí)驗(yàn)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(wú)機(jī)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(huì)社，1994年擔(dān)任AT&T技術(shù)開(kāi)發(fā)部長(zhǎng)，1997年擔(dān)任旭化成工業(yè)株式會(huì)社離子二次電池事業(yè)推進(jìn)室室長(zhǎng)。2005年至今，吉野教授擔(dān)任旭化成工業(yè)株式會(huì)社吉野研究室室長(zhǎng)。 Whittingham 教授現(xiàn)就任于東北化學(xué)能源儲(chǔ)存中心（NECCES），美國(guó)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(kāi)拓性研究，2015 年被湯森路透預(yù)測(cè)為諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的候選人。 Whittingham 教授于 1971 年獲得 ECS 電化學(xué)學(xué)會(huì)頒發(fā)的青年學(xué)者獎(jiǎng)，2004 年獲得 ECS 電化學(xué)學(xué)會(huì)頒發(fā)的電池研究獎(jiǎng)，并因其對(duì)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(huì)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(chéng)的基督徒。他是舉世公認(rèn)的”鋰離子電池之父“，卻幾乎沒(méi)有從發(fā)明中獲得利益。他在年輕時(shí)酷愛(ài)文學(xué)與哲學(xué)，但最終誤打誤撞以優(yōu)異成績(jī)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(shí)，二戰(zhàn)爆發(fā)了，古迪納夫加入軍隊(duì)，以氣象專家的身份為航空部隊(duì)服務(wù)。戰(zhàn)爭(zhēng)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(shù)，但古迪納夫沒(méi)有氣餒。獲得固態(tài)物理博士學(xué)位后，他進(jìn)入林肯實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)內(nèi)存技術(shù)的基礎(chǔ)。 在林肯實(shí)驗(yàn)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(dòng)。當(dāng)時(shí)正趕上美國(guó)受到阿拉伯國(guó)家石油禁運(yùn)的影響，能源問(wèn)題日益突出。古迪納夫決定投身鋰電池的研究，機(jī)緣巧合下，來(lái)到牛津大學(xué)擔(dān)任無(wú)機(jī)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(guó)化學(xué)家懷廷漢姆發(fā)明。但這種電池容易在充放電過(guò)程中起火爆炸，難以推廣應(yīng)用。古迪納夫堅(jiān)信自己能發(fā)明更高效、更安全的鋰離子電池。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)計(jì)算，他發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰是比原先使用的硫化鈦更適合儲(chǔ)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(yáng)極材料，但苦于沒(méi)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(yùn)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(jì)的鋰離子電池以碳基材料為陽(yáng)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(duì)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(duì)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(chǎng)，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(huì)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(lái)，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(jī)。他說(shuō)：“我想在去世前解決這個(gè)問(wèn)題，我才九十多歲，還有時(shí)間。”
