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2019年诺贝尔化学奖:美国“锂电池之父”古迪纳夫、英国惠廷厄姆和日本吉野彰获奖

2019年诺贝尔化学奖:美国“锂电池之父”古迪纳夫、英国惠廷厄姆和日本吉野彰获奖

2019年诺贝尔化学奖:美国“锂电池之父”古迪纳夫、英国惠廷厄姆和日本吉野彰获奖

(神秘的地球uux.cn报道)据ETtoday(王致凯):如果你正用手机、平板或笔电浏览这篇文章,你该谢谢这3位科学家。诺贝尔化学奖9日揭晓,由美国「锂电池之父」古迪纳夫(John B. Goodenough)、英国学者惠廷厄姆(M. Stanley Whittingham)和日本学者吉野彰(Akira Yoshino)共同获得,以表彰他们在锂电池领域做出的贡献。事实上,锂电池的改进之所以重要,在于它完全改变了人类的生活方式,而假如没有这些科学家,我们每天不离身的手机,可能只是个随时会爆炸的炸弹。

清华大学化学系主任林俊成说,古迪纳夫目前为德州大学奥斯汀分校机械工程与材料科学教授,被学术界尊称为「锂电池之父」;惠廷厄姆则是在1970年代初期开发全球第一块功能齐全的锂电池,吉野彰是现代含锂碱性锂离子电池(LIB)发明者,曾获工程学界最高荣誉全球能源奖。

中央研究院化学研究所研究员颜宏儒也说,此次获奖的三位学者其实不曾一同合作过研究,但他们在不同阶段对锂电池的研究,累积为锂电池技术的重大突破。颜宏儒说惠廷厄姆早在1970年代就研发出全球第一款可充电电池,但当时受限于材料太贵,无法商业化,随着古迪纳夫在1980年代研发新材料,吉野彰随后延续古迪纳夫的研究,将阴阳两极的电池特性使用在锂电池上。

大陆科普作家「圆的方块」过去曾在文章中提到,在1970年代后期,刚问世的锂电池因为能储存更多电能,因此颇受市场青睐,最早期的「大哥大」手提电话用得就是这种电池,技术掌握在加拿大公司Moli Energy手中。那时候,世界才刚刚一脚踏入电子产品的时代,世界各地却传出电池莫名起火爆炸的消息,人们逐渐发现锂电池有着重大安全疑虑。

原来,锂是最活泼的元素之一,金属锂非常容易燃烧,甚至跟氮气也能起反应,因此只要生产组装过程中稍有不慎,就有可能因为接触空气而燃烧。此外,因为动力学等因素,锂的金属表面会生成一些名叫「枝晶」的晶体,这些枝晶会随着电池使用越长越大,最终会刺破电池正负极之间的隔膜,导致电池短路自燃。

日本NEC收购Moli Energy后,苦于解决问题,因为不论如何改善生产、组装工艺,枝晶问题仍然无法完全解决。此时,正在英国牛津大学研究的古迪纳夫研究出一种全新材料——钴酸锂,彻底改变这个世界。

钴酸锂能够提高电池的电压,进而提高电量,更重要得是,钴酸锂对空气不敏感,也改善了枝晶问题,大大提高锂电池的安全性。1980年代,日本Sony公司开发出用作锂电池负极的石墨,却苦于没有适合的正极与之匹配,正好与古迪纳夫的钴酸锂一拍即合。很快,全新的可充电锂电池问世。

由于不含有纯锂金属,因此钴酸锂电池不但安全,而且性能强劲,一问世就受欢迎,帮助Sony成为当时的业界领导者,时年58岁的古迪纳夫也一时之间声名大噪。然而,钴酸锂电池虽然优点多,但仍然不是完美的电池,理由是这种电池在长期使用后性能衰退太大,加上钴元素本就是一种稀有资源,不断增加的市场需求使钴酸锂变得太过昂贵。

直到1997年,当时已高龄75岁的古迪纳夫再次「震动世界」。这次,他拿出一种名叫磷酸铁锂(LiFePO4、LFP)的材料,这种材料最大的优点在于,铁和磷都是非常便宜的元素,价格低廉,虽然其储存电能的能力比钴酸锂差了一点,但优秀的稳定性和性价比仍再一次吸引业界的目光。

现在市面上的锂电池,大多仍延续古迪纳夫当初设计的电池架构,显示其性能优异程度,而古迪纳夫先后开发出钴酸锂和磷酸铁锂,称他为「锂电池之父」当之无愧。

不过,古迪纳夫并未止步于此,为了彻底解决锂电池的枝晶问题,以及电解液易燃易爆的缺点,古迪纳夫毅然决然投入下一项研究中,也就是「全固态电池」,此时他已经高龄90岁。2019年,已经97岁的古迪纳夫获得诺贝尔化学奖肯定,不但实至名归,也创下最年长得奖人纪录。

尽管已经年近百岁,热爱研究的古迪纳夫至今仍每天工作。他接受媒体访问时幽默的说,他很高兴没有在65岁遭强迫退休,「这样我就有额外的33年时间用来工作」。




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