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好事多磨 鋰電池終獲諾獎
發布時間:2019-10-10 來源: 邵光華 知識分子     分享到:

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撰文 | 邵光華


   


       2019年諾貝爾化學獎授予約翰·班寧斯特·古迪納夫(John. B. Goodenough)教授、斯坦利·惠廷漢姆(Stanley Whittingham)教授、吉野彰教授,三位的獲獎理由是:

    

為鋰電池的發展所作的貢獻。



     古迪納夫首先發現了鈷酸鋰作為合適的陰極材料,后續又發現了錳基尖晶石和磷酸鐵鋰。吉野彰在確立鋰離子電池的基本框架后,后續不斷改進其性能與安全性。 
     1979年,古迪納夫發現鈷酸鋰適合作為陰極材料,降低了已存鋰離子電池(由金屬鋰做陰極材料)的安全隱患。吉野彰采用了這一發現,先是以聚乙炔后以碳基材料為陽極,在電池中消除金屬鋰,使用含鋰化合物,確立了現代鋰離子電池的基本框架。1991年,索尼公司將兩人合作研發的鋰離子電池推向市場,標志著鋰離子電池進入廣泛應用。如今鋰離子電池被廣泛應用到移動電子設備、電動車、太陽能領域。而吉野彰也憑借在鋰離子電池領域的成就,成為第8位獲得諾貝爾化學獎的日本科學家,同時也是第24位獲得自然科學類諾貝爾獎的日本科學家(含兩位美籍)。
 
-獲獎人簡介-
 
約翰·班寧斯特·古迪納夫


     1922年7月25日,古迪納夫教授在德國出生,現年97歲。1943年,他在耶魯大學獲得數學系學士學位。二戰之后,古迪納夫于1952年在芝加哥大學獲得物理學博士學位。1952到1976年,古迪納夫在MIT的林肯實驗室工作,主要進行關于內存的材料物理研究。1976年,古迪納夫進入牛津大學任教授并作為無機化學研究負責人。1986年起,古迪納夫在德州大學奧斯丁分校擔任教授,繼續從事能源材料的研究。

吉野彰
 
      1948年1月30日,吉野彰教授出生于日本大阪,現年71歲。吉野教授于1970年從京都大學工學部石油化學科畢業,1972年獲工學碩士學位,2005年獲大阪大學工學博士學位。1972年,吉野彰進入旭化成工業株式會社,1994年擔任AT&T技術開發部長,1997年擔任旭化成工業株式會社離子二次電池事業推進室室長。2005年至今,吉野教授擔任旭化成工業株式會社吉野研究室室長。

惠廷漢姆

     Whittingham 教授現就任于東北化學能源儲存中心(NECCES),美國賓厄姆頓大學能源前沿研究中心(EFRC)。他與 John B. Goodenough 在鋰電領域取得開拓性研究,2015 年被湯森路透預測為諾貝爾化學獎的候選人。

      Whittingham 教授于 1971 年獲得 ECS 電化學學會頒發的青年學者獎,2004 年獲得 ECS 電化學學會頒發的電池研究獎,并因其對鋰電池科學和技術的貢獻而于 2006 年當選為 ECS 電化學學會成員。

-獲獎人傳奇-
 
      古迪納夫的一生充滿了傳奇色彩。他既是著作等身的科學家,也是虔誠的基督徒。他是舉世公認的”鋰離子電池之父“,卻幾乎沒有從發明中獲得利益。他在年輕時酷愛文學與哲學,但最終誤打誤撞以優異成績從耶魯大學數學系畢業。 
     正當古迪納夫打算攻讀物理學時,二戰爆發了,古迪納夫加入軍隊,以氣象專家的身份為航空部隊服務。戰爭結束后,他決定繼續攻讀物理學。盡管有教授認為以他的年齡,很難在物理學領域有所建樹,但古迪納夫沒有氣餒。獲得固態物理博士學位后,他進入林肯實驗室工作。在那里,他發現了鐵氧體磁芯的電流重合記憶功能——電子計算機內存技術的基礎。 
      在林肯實驗室工作期間,古迪納夫接觸到了一些能源材料,研究了鋰離子的移動。當時正趕上美國受到阿拉伯國家石油禁運的影響,能源問題日益突出。古迪納夫決定投身鋰電池的研究,機緣巧合下,來到牛津大學擔任無機化學教授。 
      看樣子,古迪納夫似乎又晚到一步:可充電鋰電池已經被英國化學家懷廷漢姆發明。但這種電池容易在充放電過程中起火爆炸,難以推廣應用。古迪納夫堅信自己能發明更高效、更安全的鋰離子電池。經過反復實驗計算,他發現鈷酸鋰是比原先使用的硫化鈦更適合儲存鋰離子。 
      地球的另一端,吉野彰也在絞盡腦汁攻克鋰離子電池難題。他已經找到了合適的陽極材料,但苦于沒有合適的陰極材料——直到他讀到了古迪納夫的論文。吉野彰回憶:“他的發現給了我所需要的一切,鈷酸鋰運行良好,能把現有的鋰鎘電池的重量縮減三分之一。 
      吉野彰設計的鋰離子電池以碳基材料為陽極,以鈷酸鋰為陰極,完全去除電池中的金屬鋰,提高了安全性。這一技術范式確立了鋰離子電池的基本概念。為了改進鋰離子電池性能,吉野彰又對鋰離子電池進行了多次技術改良,例如采用鋁箔做集流體,用聚乙烯薄膜做離子隔膜,對鋰離子電池的電解質改進,使其能夠提供更高的電壓。 
      1991年,兩人合作發明的鋰離子電池被索尼公司推向市場,標志著鋰離子電池的大規模使用。兩人也因此結下了深厚友誼。此后,吉野彰每年都會去德州拜訪古迪納夫。回顧歷史,吉野彰表示:“電池技術是復雜又困難的學科交叉領域,它的發展需要多方面的專家。在我看來,鋰離子電池是集體智慧的成果。 
      97歲高齡的古迪納夫仍然在繼續從事能源方面的研究。古迪納夫希望能研發出高能量密度、高安全性的固態電池,從而解決人類潛在的能源危機。他說:“我想在去世前解決這個問題,我才九十多歲,還有時間。” 


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