原文作者：Davide Castelvecchi &Emma Stoye

John Goodenough、Stanley Whittingham和吉野彰被授予2019年諾貝爾化學獎，以表彰他們在鋰離子電池開發(fā)方面所做的貢獻——該技術成功引領了一場儲能革命。

Stanley Whittingham、John Goodenough和吉野彰

來源：Binghamton University/UT Austin/The Japan Prize

諾貝爾化學獎委員會表示，三位科學家對這種輕便、可充電電池的開發(fā)做出了重要貢獻，這些電池如今驅(qū)動著移動電話等便攜式電子設備，讓“零化石燃料的社會”成為了可能。

現(xiàn)年97歲的Goodenough是美國得克薩斯大學奧斯汀分校的固體物理學家，也是迄今最高齡的諾貝爾獎得主。不過，委員會在宣布獲獎名單時還無法與他本人取得聯(lián)系。三位科學家將平分900萬瑞典克朗（約合人民幣650萬元）的獎金。

日本名城大學的化學家吉野彰在得知獲獎消息后告訴記者：“驚喜！意外！”

Goodenough當時正在倫敦接受另一個獎項，他在晚些時候接受《自然》采訪時說：“我非常感激能獲得這個榮譽，這太美好了。但我還是之前的我。”

英國巴斯大學的材料化學家Saiful Islam表示：“在我看來，這個獎早就該頒發(fā)了。很高興看到材料化學中如此重要的領域得到了認可。我們都知道，這些電池推動了便攜式設備的不斷革新。很多人大概都是在鋰離子電池驅(qū)動的設備上讀到了這條諾獎新聞。”

鋰離子電池在放電時，鋰離子會經(jīng)過電解液從負電極（負極）流向正電極（正極），充電時鋰離子會從正極流回負極。

來自紐約州立大學賓漢姆頓分校的Whittingham在上世紀70年代曾就職于埃克森石油公司，他率先提出了可充電鋰電池的概念，并研發(fā)了一款原型電池，使用金屬鋰作為負極，二硫化鈦作為正極。這種電池的能量密度很高，鋰離子向正極的傳輸過程也是可逆的，使得電池能夠重復充電。然而，高昂的制造成本和安全隱患讓這一技術的商業(yè)化困難重重。

70年代末到80年代初，Goodenough研發(fā)的可充電電池使用了能儲存鋰離子的層狀氧化物作為正極，大大增強了能量密度。如今，這種鋰鈷氧化物依然是鋰離子電池正極的首選材料。

到80年代，吉野彰再次對材料進行了改進，顯著提高了安全性，讓電池得以投入商業(yè)化生產(chǎn)。他的設計開創(chuàng)了使用可嵌入鋰離子的富碳材料作為負極的先河。吉野彰在電話采訪中說：“我從1981年開始研究，在1985年發(fā)明了這種鋰離子電池。”

如今，世界各地的實驗室都在研究能夠替代鋰離子電池的技術，以及如何改進現(xiàn)有電池，讓它們更安全、更環(huán)保、更持久。不過，英國劍橋大學材料化學家Clare Grey認為在可預見的將來，目前電池的基本設計依然是主流，并將通過電動交通工具和電網(wǎng)規(guī)模的儲能，在低碳經(jīng)濟的發(fā)展中發(fā)揮關鍵作用。“它們注定還要存在很長時間。”

諾貝爾獎委員會還指出，隨著各國努力減少化石燃料的使用，鋰離子電池在實現(xiàn)可持續(xù)未來的過程中肩負著重要使命。委員會提到，電池正越來越多地被用于存儲可再生能源，比如太陽能和風能。

美國麻省理工學院的化學家Donald Sadoway說：“我要向諾貝爾獎委員會致敬，他們肯定了一項很有現(xiàn)實意義的成果。三位先生所做的研究十分重要，它是大量電子技術的基礎，而這些技術將為未來的零碳世界提供動力。”

Islam還表示，目前針對電動交通工具開發(fā)的可充電電池在改善空氣質(zhì)量、降低溫室氣體排放方面將起到重要作用。

諾貝爾化學獎委員會成員、馬薩諸塞大學洛威爾分校化學家Olof Ramström強調(diào)，今年的諾貝爾化學獎是一項實實在在的跨學科成果。他在宣布獲獎名單時說：“這項成就融合了諸多化學分支學科，也交叉了物理學和工程學。這是一個很好的范例，說明各個學科通力合作，就能創(chuàng)造出影響力深遠的成果。”

曾與Whittingham有過合作的Grey認為，雖然這項技術的發(fā)展離不開許多人的重要貢獻，但委員會做出了正確的選擇。尤其是Goodenough，他是材料領域的一位“知識巨擘”，在電池以外的諸多方面都有著基礎性貢獻。Grey說：“他改變了我們對磁性的理解，還幫助闡釋了電子導電性。”

當被問及鋰離子電池是否是他最喜歡的成果時，Goodenough告訴《自然》記者：“不是，我最喜歡的應該是對Mott轉變的探索。”Mott轉變是指材料中的電子從自由移動的狀態(tài)轉變?yōu)楹蛦蝹€原子相連的狀態(tài)。

原文以Chemistry Nobel honours world-changing batteries為標題

發(fā)表在2019年10月9日《自然》新聞上