備受矚目的諾貝爾化學獎終于揭開了神秘面紗！
昨天（10月9日）下午，瑞典皇家科學院宣布將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，以表彰他們在鋰電池研究開發(fā)的卓越貢獻。
source：諾貝爾獎官方推特
正是因為他們的卓越貢獻，改變了我們?nèi)祟惖纳罘绞?。時至今日，鋰電池作為最主要的便攜式能量源影響著我們生活的方方面面。如果沒有鋰電池，就不會有如今的便攜式穿戴設備、手機、電動汽車等等。
97歲高齡的古迪納夫，是世界公認的鋰電池之父，目前他正在研究高能量密度、高安全性的固態(tài)電池，希望能夠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?！?/p>
我們特別整理了3位獲獎者的個人情況與鋰電池研發(fā)的傳奇經(jīng)歷。祝賀三位獲獎科學家，并向他們的科學精神和偉大貢獻致敬！
1922年7月25日，美國德州大學奧斯丁分校固態(tài)物理學者 John B. Goodenough在美國出生，現(xiàn)年97歲。
John B. Goodenough 預測電池陰極用金屬氧化物取代金屬硫化物，會提高電池的效率，到了1980年 Goodenough 發(fā)現(xiàn)新的材質(zhì)氧化鈷，從原來 2 伏特電壓提高到 4 伏特電壓，造就鋰電池商用可能墊下關鍵一步。
▲ John B. Goodenough 預測陰級用金屬氧化物能提高電池效率，成功找出氧化鈷作為陰級
1943年，他在耶魯大學獲得數(shù)學系學士學位。二戰(zhàn)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(nèi)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(xù)從事能源材料的研究。
他是世界公認的鋰電池之父，也是美國科學院和工程院兩院院士，曾獲2001年 Japan Prize，2009年 Fermi Award，2011年美國國家科學獎章 和2014年Charles Stark Draper Prize。
1948年1月30日，吉野彰（Akira Yoshino）教授出生于日本大阪，現(xiàn)年71歲。
吉野彰接續(xù) Goodenough 的研究成果，陰極采用金屬氧化物取代金屬硫化物，在 1985 年推出第一個商用地鋰離子電池。吉野彰在電池陽極舍棄反應性鋰，而是采用碳化合物石油焦，就像 Goodenough 設計的電池陰級采用的氧化鈷，陽極的石油焦能鑲嵌鋰離子。
▲ 吉野彰設計的鋰電池陽極采用石油焦，造就鋰電池具備商業(yè)價值，不久鋰電池成為隨身電子設備當中必備的元
1991 年日本電子廠開始販售鋰離子電池，手機不再被電池占滿大量空間，能夠縮小體積，而能夠帶出去使用而且有足夠電量的 MP3 撥放器以及平板，才有開發(fā)和銷售可能。
吉野彰跨洋連線到化學獎發(fā)布記者會接受記者訪問，說當初從 1981 年開始研究鋰離子電池，不大是因為想要賺錢，而是基于好奇心驅(qū)使而研究，這次很高興能夠獲獎。
吉野教授于1970年從京都大學工學部石油化學科畢業(yè)，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(yè)株式會社，1994年擔任AT&T技術開發(fā)部長，1997年擔任旭化成工業(yè)株式會社離子二次電池事業(yè)推進室室長。2005年至今，吉野教授擔任旭化成工業(yè)株式會社吉野研究室室長。
紐約州立大學賓漢姆頓大學教授M. Stanley Whittingham1941年出生，本科、碩士和博士均畢業(yè)于牛津大學，是鋰電池研究先驅(qū)，曾長期在石油公司Exxon工作，從事電池研發(fā)，現(xiàn)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(fā)的青年學者獎，2004年獲得ECS電化學學會頒發(fā)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。
鋰離子電池的可能來自 1970 年代石油危機，M. Staley Whittingham 開始研究超導體，想要找出能夠造就免除石油依賴的新技術，最后發(fā)現(xiàn)有極佳豐富的金屬材質(zhì)能夠勝任，從而用二硫化鈦當陰極，在分子層次當中，給予鋰離子鑲嵌的空間，造就 2 伏特的電壓。但可惜鋰金屬太貴了，導致鋰電池成本太高。
▲ 鋰在元素周期表中排序第三，電子相當容易脫離，變成帶正電的鋰離子。Source：瑞典皇家學院
▲ M. Staley Whittingham 設計的鋰電池采用二硫化鈦當陰極，能夠產(chǎn)生 2 伏特的
1976年，英國化學家斯坦·懷廷漢姆（Stanley Whittingham）宣布在電池方面取得巨大突破。他與斯坦福大學的同事一起發(fā)現(xiàn)了一種以層狀材料制造電極的方法——可以將鋰離子存儲在鈦硫化物的片層內(nèi)。鋰離子可以從一個電極穿梭到另一個電極，從而形成可充電電池。而且它可以在室溫下工作。借助化學術語，懷廷漢姆稱這種儲存為嵌入式，就像卡在了材料之中。
然而，基本的物理學原理擋在了路上。驅(qū)動鋰電池的這種電化學反應同樣也可以使它們發(fā)生爆炸。一旦過充，電芯就會被點燃，并在人們還沒有感知前就噴濺火花。但是，即便遵照安全的設定并使用其他的元素（除了鋰之外的堿土金屬），結(jié)果并不會好多少。人們會發(fā)現(xiàn)這些電池在反復充放電過程中時慢慢地支離破碎。
古迪納夫堅信自己能發(fā)明更高效、更安全的鋰離子電池。1979年，經(jīng)過反復實驗計算，他發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰是比原先使用的硫化鈦更適合儲存鋰離子。
與此同時，位于地球另一端的吉野彰也在絞盡腦汁攻克鋰離子電池難題。80年代早期，吉野彰開始在朝日化學的研究室研究聚乙炔，這種導電聚合物是由日本化學家、諾貝爾獎獲得者 Hideki Shirakawa 發(fā)現(xiàn)的。
雖然這種材料大多用于太陽能電池板和半導體，但吉野彰敏銳地察覺到諸多需要可充電電池的小型電子設備開始進入市場，而后他便開始了該領域電池的研發(fā)。后來，他成功地用聚乙炔材料（之后轉(zhuǎn)變成碳材料）作為陽極打造出了鋰離子電池。
但他一直苦于沒有合適的陰極材料——直到他讀到古迪納夫的論文。吉野彰回憶：“他的發(fā)現(xiàn)給了我所需要的一切，鈷酸鋰運行良好，能把現(xiàn)有的鋰鎘電池的重量縮減三分之一?！?/p>
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(zhì)改進，使其能夠提供更高的電壓。
1991年，兩人合作發(fā)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(guī)模使用。兩人也因此結(jié)下了深厚友誼。此后，吉野彰每年都會去德州拜訪古迪納夫?；仡櫄v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(fā)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(xù)從事能源方面的研究。古迪納夫希望能研發(fā)出高能量密度、高安全性的固態(tài)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?！?
