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10月9日,在瑞典皇家科学院，2019年诺贝尔化学奖新闻发布会现场。新华社记者 郑焕松摄 本报记者张盖伦 每年诺贝尔化学奖颁布前夕，他的名字都会被列入“预测得奖名单”；每年奖项颁布后，也总会有人问——为什么今年还不是他？约翰·古迪纳夫的姓(Goodenough)挺有意思，翻译成中文就是“足够好”，但他简直是化学奖界的村上春树。“陪跑”多年，人人都觉得他应该得，但就是一直没有得——直到今年。 2019年，诺贝尔化学奖终于给到了锂电池领域。美国科学家约翰·古迪纳夫、英裔美国科学家斯坦利·惠廷厄姆与日本科学家吉野彰共同获得此奖。 古迪纳夫今年已经97岁，他也刷新了诺奖得主的最高龄纪录。 他们找到的材料至今仍是主流 如果没有锂离子电池，出门在外，你恐怕得为手机准备上一打镍镉电池，以防它打上几个电话就宣告罢工。 锂离子电池能量密度高、寿命长，没有记忆效应。凭借这些优势，它已经渗透进了人类生活的方方面面。 当前最常见的锂电池中，正极为钴酸锂材料，负极是碳材料。“从1991年商业化到现在，锂电池的主流正负极材料没有太大改变。”上海科技大学物质科学与技术学院助理研究员刘巍说。 当然，在商业化之前，也有一段漫长崎岖的道路需要前人摸索。先是斯坦利·惠廷厄姆起草了锂电池的初始设计方案，硫化钛为正极材料，金属锂为负极材料——这证明是一个可以充放电的电池。 但人们发现，用金属锂做负极，并不安全。解决这一问题的思路在于避免电极中出现金属锂。古迪纳夫团队提出和找到了层状氧化物正极材料——钴酸锂。“这一材料至今仍应用在我们各类主流消费类电子产品中。”中国科学院物理所研究员李泓说。 1997年，古迪纳夫已经75岁，他和团队又开发了另一种更加稳定安全的正极材料磷酸铁锂，它是目前电动汽车、电动大巴、电动船舶、大规模储能、通信基站、数据中心等所用电池的主流材料。“他在锂电池正极材料方面作了奠基性的贡献。”李泓强调。而古迪纳夫的很多学生，也在锂电池这一领域继续开疆拓土，为正极材料和电解质材料的开发作出了卓越的贡献。“他得到诺贝尔奖是实至名归，”李泓说，“早就应该得了。” 但有了正负极材料，并不意味着就能有可用的电池，需要有人将所有这些材料集成为可用的器件。 日本名古屋市的旭化成公司(AsahiKasei)研究员、名城大学教授吉野彰，做出了第一个现代商业化锂离子电池的原型器件。1991年，索尼公司率先将其真正商业化。 吉野彰也分享了今年的诺贝尔奖。“原始创新不一定只出现在高校实验室。当基本概念提出后，工程技术方面的创新突破也是最终能否获得实际应用的关键。所以对基础科学的发展起到了奠基性作用、对技术创新和技术改进起到了关键推动作用的成果，都应该获得诺贝尔奖级的评价。”李泓告诉科技日报记者。 已经“足够好”，还可以更好 现在，几乎没人能说自己离得开锂电池。它的发明支撑了人类社会高新技术的不断发展。 实际上，从锂电池早期概念的提出到商业化再到不断继续发展，大量的科学家、工程师都作出了贡献。诺贝尔奖授予的这3个人，做出了最为奠基性的成果。“奖项给了这3位优秀的科学家，是对锂电池为人类社会技术进步贡献的认可，也是对所有为推动这一领域发展作出贡献的科学家和工程师的认可，而未来锂电池的影响还会不断持续。”李泓说。 现在的科研人员也在研发新的正负极材料，但还不够主流。“毕竟，要找到新的材料并且将之真正应用，并不容易，而且耗时漫长。”刘巍说。 她介绍，现在比较好的发展方向，是固态锂电池，它的性能有望更好，而且更安全。传统锂电池用的是液体电解液，它容易燃烧。换成固体，便能解决这一问题。各国都在大力发展这一方向，不过固态锂电池尚处在实验室探索和初步商业化阶段。 古迪纳夫依然走在他开创领域的前沿，也在进行全固态电池的研究。是的，他还活跃在研究一线。近期，古迪纳夫还在期刊上刊文，回顾了可充电锂电池的历史。 锂电池技术也在进一步发展。 李泓说，科研人员和工程师们，努力在让目前的锂离子电池能量密度更高，充放电速度更快，更安全，更长寿。总之，用各种创新的方法去提升和优化锂电池的性能，让它们可以用到更多、更广阔的场景中去，在更极端条件下，也能发挥作用。 得奖的3人，是锂离子电池领域最早的一批科学家和工程师，而更多的后来者，也正在继续前行。 |
