他们创造了一个可充电的世界
当地时间2019年10月9日，瑞典斯德哥尔摩，瑞典皇家科学院宣布，将2019年诺贝尔化学奖授予约翰·B·古迪纳夫（John B. Goodenough）、M·斯坦利·威廷汉（M. Stanley Whittingham ）、吉野彰（Akira Yoshino）。
储能技术是解决可再生能源和电力需求在时空分布不匹配的关键，三位科学家发明的锂电池是储能技术的重大进展之一。其中威廷汉提出金属离子插层材料概念，奠定了电池电极材料的理论基础和方向；古迪纳夫首次提出三种迄今为止应用最广泛的电池正极材料；吉野彰提出第一个充放电锂离子电池模型，最早制造出商业上的锂电池。
北京时间2019年10月9日，瑞典皇家科学院宣布将2019年诺贝尔化学奖授予美国得州大学奥斯汀分校教授约翰·B·古迪纳夫( John B. Goodenough )、纽约州立大学宾汉姆顿分校教授M·斯坦利·威廷汉（ M. Stanley Whittingham ）和日本化学家吉野彰（ Akira Yoshino )，以表彰他们三位在锂离子电池发展方面所做的贡献，三人的获奖理由是“他们创造了一个可充电的世界”。
众望所归的化学诺奖
锂离子电池与我们的生活息息相关。小到电子手表、手机，大到新能源电池汽车都依靠锂离子电池提供能量，获奖是众望所归。
从大尺度来看，能源是人类社会向前发展的源动力，能源技术的发展是衡量一个国家经济发展水平和生活水准的重要指标之一。随着能源危机和环境问题的日益加剧，人类对清洁能源、可再生能源的需求加深，世界各国早已经达成了谋求绿色可持续发展道路的共识。目前被广泛熟识的太阳能、风能、水能等可再生能源需要被转化为电能等二次能源才能被加以利用，这就产生了储能的科学问题。科学家普遍认为，储能技术的发展是解决自然的可再生能源和电力需求在时空分布不匹配的现实问题的关键。锂离子电池是储能技术发展的产物之一，用于能源转化的二次电池的发展经历了从早期的铅酸电池，到后来的镍镉、镍氢电池，再到现在已商用化的锂离子电池和用于电网储能的钠-硫电池等。锂离子电池使电动汽车的发展和太阳能、风能等可再生能源的储存成为可能，也使一个无化石燃料的社会成为可能。
聚焦到小尺度，锂离子电池在全球范围内迅速普及，成为许多便携式电子产品首选的电源类型。鉴于锂元素质轻（金属锂摩尔质量为6.94 g/mol，是自然界存在的固态元素中最轻的）和氧化还原电位低（Li+/Li相对于标准氢电极的标准氧化还原电位为-3.04 V，在所有标准氧化还原电位中最低）的特点，使锂离子电池可获得比其他类型电池更高的输出电压和能量密度，因此被广泛用作能量输运和存储介质。自1991年索尼公司推出第一款商用锂离子电池以来，这种重量轻、可再充电且功能强大的电池已经被用于从手机到笔记本电脑的各个领域。为用于交流、工作、学习、听音乐和搜寻知识的便携式电子设备提供动力，极大地方便了人类的社会生活。
热度不同的三位获奖者
这一届的诺奖，古迪纳夫“抢占”了绝大多数新闻报道的版面，明明是三位获奖者平分奖金，但古迪纳夫却成了媒体争相报道的重点。
开奖前已经有多家媒体预测古迪纳夫会摘得桂冠。古迪纳夫研究团队的科研助理李玉涛博士在接受南方周末采访时说，古迪纳夫对人类的贡献可能远超这个奖项。古迪纳夫发明的三种最重要锂离子电池正极材料，照亮了可移动设备的前程，为可移动储能革命做出了卓越贡献。古迪纳夫通过对层状结构、尖晶石型、橄榄石型结构的设计与构建，使得锂离子可以在钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂晶体骨架的通道中快速移动，实现化学能-电能的可控可移动存储。
古迪纳夫获奖呼声年年都很高，每年都会有媒体在颁发诺奖之前采访他，古迪纳夫自己曾表示不拿诺奖也好，这样自己就可以专心工作了。此次诺奖公布之前，古迪纳夫正在英国，准备领取英国皇家协会颁发的科普利奖章（Copley medal），这个奖项也是科学成就的最高荣誉奖项之一。
与许多诺奖得主一样，古迪纳夫也是荣誉等身。1922年，他出生于德国，1943年获得耶鲁大学数学系学士学位，1952年获得芝加哥大学物理学博士学位，现为美国科学院和工程院两院院士，美国得克萨斯大学奥斯汀分校机械工程系教授、固体物理学家，是钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂正极材料的发明人，锂离子电池的奠基人之一，被称作“锂离子电池之父”。古迪纳夫曾获Japan Prize（日本国际大奖）、Fermi Award（费米奖）、美国国家科学奖章和美国工程学界最高奖Charles Stark Draper Prize（查尔斯·斯塔克·德拉普尔奖）等。今年97岁高龄的古迪纳夫是诺奖有史以来最高龄的获奖者。古迪纳夫战胜了时间，目前仍活跃在科研一线。
虽然古迪纳夫的风头最盛，但古迪纳夫在锂离子电池方面的杰出成就离不开威廷汉前期打下的研究基础。1941年出生于英国的威廷汉是纽约州立大学宾汉姆顿分校化学和材料科学与工程教授，被誉为锂电池研究先驱。1972年，威廷汉在美国石油巨头埃克森美孚公司用TiS2和Li金属做电极，开发出世界上第一个锂原电池，1976年获得专利。然而，由于锂金属负极存在一系列的安全问题，TiS2电池的商业化并不成功。但是威廷汉提出的嵌入式的电池工作原理成为了之后新型锂离子电池成功商业化的基石。
吉野彰则是智能手机和电动汽车使用的锂离子电池的开发者、旭化成公司研究员，旭化成株式会社吉野研究室室长，京都大学大学院工学研究专业特命教授。他1948年出生于日本大阪，1972年毕业于京都大学大学院工学研究专业。其以钴酸锂作锂源正极材料、石油焦作负极材料、六氟磷酸锂（LiPF6）溶于丙烯碳酸酯（PC）和乙烯碳酸酯（EC）作电解液，制备出了第一个可充放电的二次锂离子电池。这个电池成功应用到索尼公司最早期移动电话中，并在1991年开始商业化生产，标志着锂离子电池时代的到来。吉野彰也曾获查尔斯·斯塔克·德拉普尔奖和日本国际大奖等重量级国际奖项。
锂电池未来可期
人类社会的每一次进步都与能源技术的突破与创新不可分割。寻求高效、清洁和可持续发展的新能源技术也是全球各国必须面对和重视的问题。近年来，伴随着电动汽车的兴起，以及可再生能源发电对大规模储能装置的迫切需求，锂电池的研究再度升温，开发安全、大容量、大功率和长寿命的锂离子电池成为焦点。
目前，新能源汽车最为广泛使用的电池是以锂元素为核心的锂离子电池，其正极材料多为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等锂盐，负极材料则主要依赖于石墨材料，通过锂离子的插层实现电池的充放电。重庆大学化学化工学院副教授李存璞接受南方周末采访时表示，虽然锂元素本身是核质比最高的金属，但电池本身的体积比容量与质量比容量受制于锂盐、石墨、电解液等材料和隔膜、壳体等附加部件，目前质量比容量最高的锂离子电池也仅能达到250 W·h/kg，相比汽油低了一个数量级，也成为充电电池汽车续航里程不足的主要原因。用金属锂单质取代锂盐，可以将电池能量密度提升至约440 W·h/kg；而进一步采用S单质代替石墨作为电极材料，可以将容量进一步提升至约950 W·h/kg。
另外，中国矿业大学（北京）材料系教授刘瑞平在接受南方周末采访时也提到，由于现在的锂离子电池的锂枝晶问题仍然没有得到很好的解决，而且电解液易燃易爆的问题使锂电仍然存在安全隐患。尤其是三星手机的爆炸，特斯拉等电动汽车的自燃问题给锂电带来了阴霾。不过，古迪纳夫在90岁高龄时，将目光转到固态电解质上面。李玉涛介绍称，1986年古迪纳夫受聘于得克萨斯大学奥斯汀分校机电工程学院担任教授之后，近几年围绕着价格低廉的钠钾离子电池和安全、高比能量的全固态电池展开，开发制备了新型普鲁士蓝钠钾电池正极和各种晶体氧化物、玻璃态以及聚合物快锂离子导体和全固态电池。目前，古迪纳夫的全固态电解质已经取得了很大的进展。可以说，古迪纳夫提出的这些新策略让电池变得“good enough”，为可充电电池的发展提供了一个新的方向。
除了这三位获奖的科学家，还有另外两名科学家也在锂电池发展方面做出了重要贡献，一位是提出了“摇椅式电池”概念的米歇尔·阿曼德（Michel Armand），另一位是目前车用动力电池最被寄予厚望的三元正极材料的发明者杰夫·达恩（Jeff Dahn）。
来源：南方周末
（编辑：黄良东）