10月9日,在瑞典皇家科學(xué)院，2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)新聞發(fā)布會(huì)現(xiàn)場。新華社記者 鄭煥松攝

每年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C布前夕，他的名字都會(huì)被列入“預(yù)測得獎(jiǎng)名單”;每年獎(jiǎng)項(xiàng)頒布后，也總會(huì)有人問——為什么今年還不是他?約翰·古迪納夫的姓(Goodenough)挺有意思，翻譯成中文就是“足夠好”，但他簡直是化學(xué)獎(jiǎng)界的村上春樹。“陪跑”多年，人人都覺得他應(yīng)該得，但就是一直沒有得——直到今年。

2019年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)終于給到了鋰電池領(lǐng)域。美國科學(xué)家約翰·古迪納夫、英裔美國科學(xué)家斯坦利·惠廷厄姆與日本科學(xué)家吉野彰共同獲得此獎(jiǎng)。

古迪納夫今年已經(jīng)97歲，他也刷新了諾獎(jiǎng)得主的最高齡紀(jì)錄。

他們找到的材料至今仍是主流

如果沒有鋰離子電池，出門在外，你恐怕得為手機(jī)準(zhǔn)備上一打鎳鎘電池，以防它打上幾個(gè)電話就宣告罷工。

鋰離子電池能量密度高、壽命長，沒有記憶效應(yīng)。憑借這些優(yōu)勢，它已經(jīng)滲透進(jìn)了人類生活的方方面面。

當(dāng)前最常見的鋰電池中，正極為鈷酸鋰材料，負(fù)極是碳材料。“從1991年商業(yè)化到現(xiàn)在，鋰電池的主流正負(fù)極材料沒有太大改變。”上海科技大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院助理研究員劉巍說。

當(dāng)然，在商業(yè)化之前，也有一段漫長崎嶇的道路需要前人摸索。先是斯坦利·惠廷厄姆起草了鋰電池的初始設(shè)計(jì)方案，硫化鈦為正極材料，金屬鋰為負(fù)極材料——這證明是一個(gè)可以充放電的電池。

但人們發(fā)現(xiàn)，用金屬鋰做負(fù)極，并不安全。解決這一問題的思路在于避免電極中出現(xiàn)金屬鋰。古迪納夫團(tuán)隊(duì)提出和找到了層狀氧化物正極材料——鈷酸鋰。“這一材料至今仍應(yīng)用在我們各類主流消費(fèi)類電子產(chǎn)品中。”中國科學(xué)院物理所研究員李泓說。

1997年，古迪納夫已經(jīng)75歲，他和團(tuán)隊(duì)又開發(fā)了另一種更加穩(wěn)定安全的正極材料磷酸鐵鋰，它是目前電動(dòng)汽車、電動(dòng)大巴、電動(dòng)船舶、大規(guī)模儲(chǔ)能、通信基站、數(shù)據(jù)中心等所用電池的主流材料。“他在鋰電池正極材料方面作了奠基性的貢獻(xiàn)。”李泓強(qiáng)調(diào)。而古迪納夫的很多學(xué)生，也在鋰電池這一領(lǐng)域繼續(xù)開疆拓土，為正極材料和電解質(zhì)材料的開發(fā)作出了卓越的貢獻(xiàn)。“他得到諾貝爾獎(jiǎng)是實(shí)至名歸，”李泓說，“早就應(yīng)該得了。”

但有了正負(fù)極材料，并不意味著就能有可用的電池，需要有人將所有這些材料集成為可用的器件。

日本名古屋市的旭化成公司(Asahi Kasei)研究員、名城大學(xué)教授吉野彰，做出了第一個(gè)現(xiàn)代商業(yè)化鋰離子電池的原型器件。1991年，索尼公司率先將其真正商業(yè)化。

吉野彰也分享了今年的諾貝爾獎(jiǎng)。“原始創(chuàng)新不一定只出現(xiàn)在高校實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)基本概念提出后，工程技術(shù)方面的創(chuàng)新突破也是最終能否獲得實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。所以對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展起到了奠基性作用、對(duì)技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)改進(jìn)起到了關(guān)鍵推動(dòng)作用的成果，都應(yīng)該獲得諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)的評(píng)價(jià)。”李泓告訴科技日報(bào)記者。

已經(jīng)“足夠好”，還可以更好

現(xiàn)在，幾乎沒人能說自己離得開鋰電池。它的發(fā)明支撐了人類社會(huì)高新技術(shù)的不斷發(fā)展。

實(shí)際上，從鋰電池早期概念的提出到商業(yè)化再到不斷繼續(xù)發(fā)展，大量的科學(xué)家、工程師都作出了貢獻(xiàn)。諾貝爾獎(jiǎng)授予的這3個(gè)人，做出了最為奠基性的成果。“獎(jiǎng)項(xiàng)給了這3位優(yōu)秀的科學(xué)家，是對(duì)鋰電池為人類社會(huì)技術(shù)進(jìn)步貢獻(xiàn)的認(rèn)可，也是對(duì)所有為推動(dòng)這一領(lǐng)域發(fā)展作出貢獻(xiàn)的科學(xué)家和工程師的認(rèn)可，而未來鋰電池的影響還會(huì)不斷持續(xù)。”李泓說。

現(xiàn)在的科研人員也在研發(fā)新的正負(fù)極材料，但還不夠主流。“畢竟，要找到新的材料并且將之真正應(yīng)用，并不容易，而且耗時(shí)漫長。”劉巍說。

她介紹，現(xiàn)在比較好的發(fā)展方向，是固態(tài)鋰電池，它的性能有望更好，而且更安全。傳統(tǒng)鋰電池用的是液體電解液，它容易燃燒。換成固體，便能解決這一問題。各國都在大力發(fā)展這一方向，不過固態(tài)鋰電池尚處在實(shí)驗(yàn)室探索和初步商業(yè)化階段。

古迪納夫依然走在他開創(chuàng)領(lǐng)域的前沿，也在進(jìn)行全固態(tài)電池的研究。是的，他還活躍在研究一線。近期，古迪納夫還在期刊上刊文，回顧了可充電鋰電池的歷史。

鋰電池技術(shù)也在進(jìn)一步發(fā)展。

李泓說，科研人員和工程師們，努力在讓目前的鋰離子電池能量密度更高，充放電速度更快，更安全，更長壽。總之，用各種創(chuàng)新的方法去提升和優(yōu)化鋰電池的性能，讓它們可以用到更多、更廣闊的場景中去，在更極端條件下，也能發(fā)揮作用。

得獎(jiǎng)的3人，是鋰離子電池領(lǐng)域最早的一批科學(xué)家和工程師，而更多的后來者，也正在繼續(xù)前行。

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