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這個(gè)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)成果就在你我手邊

小知識(shí)鋰離子電池鋰電池商業(yè)化科普諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)


這個(gè)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)成果就在你我手邊



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 。 新華社采訪人員 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 。 所以對基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展起到了奠基性作用、對技術(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)級的評價(jià) 。 ”李泓告訴科技日報(bào)采訪人員 。
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 。

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