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97岁“足够好”老爷子终获诺奖,他们创造了可充电的世界!
2019/10/09 20:46  新华报业网  

  交汇点讯 今天,2019年诺贝尔化学奖授予美国固体物理学家约翰巴尼斯特古迪纳夫(John B. Goodenough)、英国化学家斯坦利威廷汉(Stanley Whittingham)和日本化学家吉野彰(Akira Yoshino),以表彰他们在锂电池领域的贡献,三人将均分900万克朗奖金。就此,记者采访了南京大学、南京工业大学的相关学者,了解了锂电池的前世今生。

  老爷子“足够好”,他的发现可能你也在用

  约翰班尼斯特古迪纳夫(John B. Goodenough),他就是“足够好”老爷子,今年97 岁高龄。在此之前,这个记录由 90 岁高龄获得 2007 年诺贝尔经济学奖的里奥尼德赫维克兹保持。

  “我们的群里都在转发,所有人都觉得,老爷子早就该得这个奖项了。”南京工业大学先进材料研究院教授朱纪欣表示,古迪纳夫多次被提名诺贝尔奖。

  1980年,57岁的物理学家古迪纳夫发明了锂电池中最重要的部件——钴氧化物阴极。现在全世界的便携电子设备大多都采用这种阴极。而在此之前,他已经在磁性材料领域做出了杰出贡献。电化学当时对他而言,属于玩票性质。

  “早期的电池,比如镍镉、镍氢电池,均是一次性的,不能充放电。古迪纳夫找到了层状结构的钴酸锂(LiCoO2),作为电池的阴极,将除锂之外的金属材料作为阳极,能够实现高密度的能量储存。”这样一来,可充电锂电池才得以商业化。

  现在,年过九旬的 Goodenough 先生仍每天都去德克萨斯大学奥斯汀分校的小办公室上班。对此他解释道,我的工作还没有完成。

  朱纪欣说,锂电池有自己的缺点,即能量密度还不够大。应用在目前的智能手机上,刷个一天就要充电了。简而言之,世界需要超级电池。比如现在有锂空气电池、金属电池、锂硫电池这些能量密度比较高的新型电子。如何走向商业化?这应该是老爷子继续进军的方向。

  锂电池的前世今生,物理学家和化学家的合作

  南京大学现代工程与应用科学学院教授周豪慎说,今天我们做的锂离子电池,早在上个世纪70年代,今年的诺奖得主,也是另一个锂电池先驱——斯坦利威廷汉(Whittingham)即采用硫化钛作为正极材料、金属锂作为负极材料,制成了世界上首个新型锂电池,这是一个极大的进步,移动电源出现了曙光。

  不过这个电池有很大的安全隐患,甚至因为一次安全事故,导致了北米锂电池的公司倒闭。

  金属锂是活性的,电池爆炸的风险太大,解决这个问题,古迪纳夫预测,如果用一种含锂的金属氧化物而不是金属硫化物来制造正极,那么电池将具有更大的电势。

  以古迪纳夫的正极为基础,日本科学家吉野彰发现负极可以用碳材料来做,不含任何金属。和Goodenough先生发现的正极相配,他在1990年发明了第一个商业上可行的锂离子电池。他没有在负极使用活性锂,而是使用石墨碳,这是一种碳材料,像正极的锂钴氧化物一样,可以插入锂离子。

  1991年,吉野彰和Goodenough合作发明的锂离子电池被索尼公司推向市场,标志着锂离子电池的大规模使用。回顾历史,吉野彰曾表示:“电池技术是复杂又困难的学科交叉领域,它的发展需要多方面的专家。在我看来,锂离子电池是集体智慧的成果。”

  周豪慎介绍,97岁的诺奖得主“足够好”老先生如今依然坚守在一线能源研究中。“我的一位学生今年9月份刚刚去美国Goodenough教授处做博士后,他昨天还和这位‘足够好’老先生讨论我们课题组在南京大学所做的固态锂空气电池工作,以及该工作后续如何进一步展开的问题。”

  强心针!新能源领域亟待巨大突破

  “诺贝尔化学奖颁发给这三位科学家,是给多年未获奖的新能源领域打了一剂强心针。”南京大学化学化工学院金钟教授表示,诺贝尔化学奖已经连续两年颁发给了生物化学领域研究者,此次“足够好”先生以97岁的高龄获奖,可以说是众望所归。获奖的锂离子电池研究是以传统电化学为核心,涉及物理、化学、能源、材料等多学科交叉的系统性研究。

  金钟告诉记者,“足够好”先生目前仍然在研究新型储能电池体系,尤其是高安全的固态锂电池。在这些领域,“足够好”先生每年都还保持着很高质量的科研产出。在一些会议上,也不乏他报告的身影。“他为人非常和善,而且平易近人。他有很多新的想法,一直在突破自己,讲报告的时候条理非常清晰,写的文章不仅提出新概念,也将原理解释得非常清晰。”金钟说,“足够好”先生还教导出了一批又一批做电池的高手,无论在学术界还是产业界,都有他弟子们的身影。

  金钟科普道,固态锂电池本质上还是锂电池,但在性能上有重要改良。“其好处不仅仅是大容量,还在于高安全性,即利用固态电解质,去代替锂电池中原本容易燃烧爆炸的有机电解液。”现在新闻中每隔一段时间就会报道手机和电动车的起火燃烧事故,这正是因为锂电池的安全性还不尽人意。可以说,人们对锂离子电池的性能仍没有完全满意,有待于进一步的技术革新,这也是“足够好”先生97岁高龄仍然坚持在科研一线的原因。开发一种能量密度高、安全性佳、循环寿命久、对环境没有污染的电池,正是人们翘首以盼的,而这个成果或许已经在路上。

  交汇点记者 杨频萍

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责编:王建旸

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