北京时间10月9日下昼17时45分许，瑞典皇家科学院公布，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）和吉野彰（Akira Yoshino），以奖励他们在锂离子电池方面做出的卓越进献。三位获奖者将配合分享900万瑞典克朗的奖金。
（图片起原：nobelprize.org）
我们早已经生活在一个“可充电的世界”，每小我每一天都在手机和电脑上破费大量的时间，若是没有锂电池的降生，这些都无法想象。
这种重量轻、可充电、功能壮大的电池如今被普遍应用于从手机到笔记本电脑和电动汽车等各个范畴。它在全球局限内用于为便携式电子设备供电，我们使用这些便携式电子设备通信、工作、进修、听音乐和进修常识。锂电池还促进了长途电动汽车的斥地以及来自可再生能源（例如太阳能和风能）的能量存储，使一个无化石燃料的现代社会酿成了实际。
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假如没有锂电池，你的手机就“炸了”
锂离子电池的根蒂是在上世纪70年月的石油危机时代奠基的。20世纪70年月，美国爆发石油危机，当局意识到对石油进口的过度依靠性，起头鼎力成长太阳能和风能。但因为太阳能和风能的间歇性特点，最终照样需要可充电电池来保留这些可再生的洁净能源。
M·斯坦利·威廷汉起头研究超导体，致力于斥地或者导致无化石燃料的能源手艺的方式。他在纽约草拟了锂电池的初始设计方案，硫化钛作为电池的阴极材料，电池的阳极部门则由金属锂制成。
但金属锂是元素周期表上最活跃的元素之一，除了极易燃烧，甚至与最“内向”的氮气也能发生回响。如许的特征造成了锂电池最初在生产组装过程中的极大难题：稍有失慎泄进了空气，轻则电池报废，重则起火燃烧。锂金属外观还会形成一些看不见的“小毛刺”——枝晶（Dendrite）。而跟着电池的一再使用，这些枝晶会越长越大，最终会刺破电池正负极之间的隔阂，造成短路，最终引起电池自燃。
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约翰·B·古迪纳夫展望，若是使用金属氧化物而不是金属硫化物制成阴极，则阴极将具有更大的潜力。经由系统的搜刮，1980年，到了牛津四年后，他证实了嵌入锂离子的氧化钴能够发生多达4伏的电压。锂电池钴氧化物阴极材料成为一项重大的冲破。这是世界上第一个能够给大型复杂设备供电的锂离子电池，质量远超市场上其他电池。
吉野彰以古迪纳夫的阴极材料为根蒂，于1985年建立了首个贸易上可行的锂离子电池。他在阳极中使用了石油焦炭，这种碳材料像阴极的氧化钴一般能够嵌入锂离子中。这培养了重量轻，坚硬耐用的电池，在其机能下降之前能够充电数百次。这种在锂电池根蒂上成长而来的锂离子电池，长处在于并非是基于分化电极的化学回响，而是基于锂离子在阳极和阴极之间往返举止。
自从1991年首次进入市场以来，锂离子电池就彻底改变了我们的生活。它们奠基了无线、无化石燃料社会的根蒂，极大地鞭策了人类社会的成长。
当之无愧的“锂离子电池之父”
本年的三位获奖者之中，最惹人饮茶瞩目的无疑是有史以来岁数最大的诺奖得主——97岁高龄的约翰·B·古迪纳夫。此前，这个记载由96岁获得2018年诺贝尔物理学奖的阿瑟·阿什金（Arthur Ashkin）连结。
（图片起原：tecteschi.com）
电池世界里的传怪杰物古迪纳夫出生于1922年7月25日，本科卒业于耶鲁大学数学系。卒业后，二战爆发，他到场了美国空军，不外没当成航行员，而是被派到宁靖洋的一个海岛上收集景象数据。23岁退役的他，选择去芝加哥大学读物理博士，和杨振宁师长做了同窗，研究偏向是固体物理。到了那边，一名传授警告他，说他岁数已经太大，不太或者在这个范畴取得成功。在接下来的日子里，古迪纳夫几乎是身体力行辩驳了这一说法，证实了在科研范畴这条漫长的道路上，有些人实际上是跟着年岁渐长而变得更有缔造力。
古迪纳夫后来成为牛津大学无机化学实验室主任时已经54岁，这一年，他才方才把目光转向了电池。
（图片起原：uchicago.edu）
待到57岁时，他发现了钴酸锂材料，解决了锂电池初期轻易发生枝晶导致爆炸的难题。牛津大学有65岁强制退休的政策，为了持续从事科研事业，1986年，古迪纳夫从牛津大学退休后，受聘于美国德州大学奥斯汀分校机电工程学院担当终身传授，研发了固体氧化物燃料电池（SOFC）的新型电解质和电极材料，而且对电子从集中变为举止的交互行为物理现象做出认识释，持续从事科研直到今天。
75岁时，他又做出了新材料磷酸铁锂，从而加速了锂离子电池的贸易化。磷酸铁锂是今朝平安性最高、充放电机能好、廉价、对情况无污染，具有优异的电池轮回寿命、平安性、低自放电（库存存放寿命非常长），相形之下，传统镍氢、镍镉电池黯然失色。
壮心不已，络续前行
固然名字叫“充沛好（Goodenough）”，但古迪纳夫却永远不知足停留于如今，一向朝着更远的偏向络续进步。中国人常说“人生七十古来稀”，而古迪纳夫直到90岁，这位壮心不已的科学家也仍然没有停下在科研路上立异的脚步，他又将目光对准了更平安廉价的全固态电池。
一些同事曾对他能取得成功透露猜忌。但古迪纳夫并未是以猬缩。“活到这个岁数，我已经领略了不克对新设法存有私见的事理。要想获得一些新器材，你必需测试所有的或者性。”
古迪纳夫94岁的时候，他率领的研究团队成功研制了一种使用玻璃态电解质的固态电池，这种新电池使用碱金属作为阳极，能将原先的液态有机电解质换成一种全新的固态电解质。固态电解质不光可以提拔原有的储电机能，还能防止枝晶问题的发生。
在同年接管《..》的专栏作者佩根·肯尼迪（Pagan Kennedy）采访时，古迪纳夫如许说道：“我们中有些人就像是乌龟，走得慢，一路挣扎。但这些乌龟必需持续趴下去。”
他的科研人生从固体物理学起步，后又辗转化学和材料学范畴，作为匡助了锂电池降生的人，他将注重力集中在解决污染问题和镌汰石油燃料的使命上，致力于重塑更绿色更高效的电池。“这种贯穿平生的爬行有或者带来优点，尤其是在你辗转穿越分歧范畴，一路收集各类线索的情形下，你得有相当多的经验，才能把分歧的设法融汇在一路。”
97岁高龄的古迪纳夫在Nature Electronics上刊文，回首了可充电锂离子电池的发现汗青，为电池的将来成长指清楚道路。图为贸易锂离子电池正负极材料的示意图、首要发现人、发现时间。（图片起原：知乎）
现在，97岁高龄夺得诺奖的古迪纳夫，仍然在科研道路上进步着，他的下一个方针是一种真正能让电动汽车和内燃机汽车匹敌的超等电池，并进展这种电池能够经济地存储风能和太阳能。
没有人能够一定古迪纳夫还将持续成功下去，只是他还没抛却。超等电池的研制的确更难。但古迪纳夫认为，每小我都应该络续地测验冲破。他指出，在扑灭性的能源危机和情况问题光降之前，我们还有30年的时间研发新电池并使之贸易化。他认为时间充沛了。
当然，古迪纳夫很或者解决这个问题。就像他92岁时曾说的那样：我还有很多的时间。（本专栏与“科学加”客户端合作扶植，编纂：吉菁菁）
