原文作者：Davide Castelvecchi &Emma Stoye

John Goodenough、Stanley Whittingham和吉野彰被授予2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，以表彰他們?cè)阡囯x子電池開(kāi)發(fā)方面所做的貢獻(xiàn)——該技術(shù)成功引領(lǐng)了一場(chǎng)儲(chǔ)能革命。

Stanley Whittingham、John Goodenough和吉野彰

來(lái)源：Binghamton University/UT Austin/The Japan Prize

諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)委員會(huì)表示，三位科學(xué)家對(duì)這種輕便、可充電電池的開(kāi)發(fā)做出了重要貢獻(xiàn)，這些電池如今驅(qū)動(dòng)著移動(dòng)電話等便攜式電子設(shè)備，讓“零化石燃料的社會(huì)”成為了可能。

現(xiàn)年97歲的Goodenough是美國(guó)得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的固體物理學(xué)家，也是迄今最高齡的諾貝爾獎(jiǎng)得主。不過(guò)，委員會(huì)在宣布獲獎(jiǎng)名單時(shí)還無(wú)法與他本人取得聯(lián)系。三位科學(xué)家將平分900萬(wàn)瑞典克朗（約合人民幣650萬(wàn)元）的獎(jiǎng)金。

日本名城大學(xué)的化學(xué)家吉野彰在得知獲獎(jiǎng)消息后告訴記者：“驚喜！意外！”

Goodenough當(dāng)時(shí)正在倫敦接受另一個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)，他在晚些時(shí)候接受《自然》采訪時(shí)說(shuō)：“我非常感激能獲得這個(gè)榮譽(yù)，這太美好了。但我還是之前的我。”

英國(guó)巴斯大學(xué)的材料化學(xué)家Saiful Islam表示：“在我看來(lái)，這個(gè)獎(jiǎng)早就該頒發(fā)了。很高興看到材料化學(xué)中如此重要的領(lǐng)域得到了認(rèn)可。我們都知道，這些電池推動(dòng)了便攜式設(shè)備的不斷革新。很多人大概都是在鋰離子電池驅(qū)動(dòng)的設(shè)備上讀到了這條諾獎(jiǎng)新聞。”

鋰離子電池在放電時(shí)，鋰離子會(huì)經(jīng)過(guò)電解液從負(fù)電極（負(fù)極）流向正電極（正極），充電時(shí)鋰離子會(huì)從正極流回負(fù)極。

來(lái)自紐約州立大學(xué)賓漢姆頓分校的Whittingham在上世紀(jì)70年代曾就職于埃克森石油公司，他率先提出了可充電鋰電池的概念，并研發(fā)了一款原型電池，使用金屬鋰作為負(fù)極，二硫化鈦?zhàn)鳛檎龢O。這種電池的能量密度很高，鋰離子向正極的傳輸過(guò)程也是可逆的，使得電池能夠重復(fù)充電。然而，高昂的制造成本和安全隱患讓這一技術(shù)的商業(yè)化困難重重。

70年代末到80年代初，Goodenough研發(fā)的可充電電池使用了能儲(chǔ)存鋰離子的層狀氧化物作為正極，大大增強(qiáng)了能量密度。如今，這種鋰鈷氧化物依然是鋰離子電池正極的首選材料。

到80年代，吉野彰再次對(duì)材料進(jìn)行了改進(jìn)，顯著提高了安全性，讓電池得以投入商業(yè)化生產(chǎn)。他的設(shè)計(jì)開(kāi)創(chuàng)了使用可嵌入鋰離子的富碳材料作為負(fù)極的先河。吉野彰在電話采訪中說(shuō)：“我從1981年開(kāi)始研究，在1985年發(fā)明了這種鋰離子電池。”

如今，世界各地的實(shí)驗(yàn)室都在研究能夠替代鋰離子電池的技術(shù)，以及如何改進(jìn)現(xiàn)有電池，讓它們更安全、更環(huán)保、更持久。不過(guò)，英國(guó)劍橋大學(xué)材料化學(xué)家Clare Grey認(rèn)為在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，目前電池的基本設(shè)計(jì)依然是主流，并將通過(guò)電動(dòng)交通工具和電網(wǎng)規(guī)模的儲(chǔ)能，在低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。“它們注定還要存在很長(zhǎng)時(shí)間。”

諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)還指出，隨著各國(guó)努力減少化石燃料的使用，鋰離子電池在實(shí)現(xiàn)可持續(xù)未來(lái)的過(guò)程中肩負(fù)著重要使命。委員會(huì)提到，電池正越來(lái)越多地被用于存儲(chǔ)可再生能源，比如太陽(yáng)能和風(fēng)能。

美國(guó)麻省理工學(xué)院的化學(xué)家Donald Sadoway說(shuō)：“我要向諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)致敬，他們肯定了一項(xiàng)很有現(xiàn)實(shí)意義的成果。三位先生所做的研究十分重要，它是大量電子技術(shù)的基礎(chǔ)，而這些技術(shù)將為未來(lái)的零碳世界提供動(dòng)力。”

Islam還表示，目前針對(duì)電動(dòng)交通工具開(kāi)發(fā)的可充電電池在改善空氣質(zhì)量、降低溫室氣體排放方面將起到重要作用。

諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)委員會(huì)成員、馬薩諸塞大學(xué)洛威爾分校化學(xué)家Olof Ramström強(qiáng)調(diào)，今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)是一項(xiàng)實(shí)實(shí)在在的跨學(xué)科成果。他在宣布獲獎(jiǎng)名單時(shí)說(shuō)：“這項(xiàng)成就融合了諸多化學(xué)分支學(xué)科，也交叉了物理學(xué)和工程學(xué)。這是一個(gè)很好的范例，說(shuō)明各個(gè)學(xué)科通力合作，就能創(chuàng)造出影響力深遠(yuǎn)的成果。”

曾與Whittingham有過(guò)合作的Grey認(rèn)為，雖然這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展離不開(kāi)許多人的重要貢獻(xiàn)，但委員會(huì)做出了正確的選擇。尤其是Goodenough，他是材料領(lǐng)域的一位“知識(shí)巨擘”，在電池以外的諸多方面都有著基礎(chǔ)性貢獻(xiàn)。Grey說(shuō)：“他改變了我們對(duì)磁性的理解，還幫助闡釋了電子導(dǎo)電性。”

當(dāng)被問(wèn)及鋰離子電池是否是他最喜歡的成果時(shí)，Goodenough告訴《自然》記者：“不是，我最喜歡的應(yīng)該是對(duì)Mott轉(zhuǎn)變的探索。”Mott轉(zhuǎn)變是指材料中的電子從自由移動(dòng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楹蛦蝹€(gè)原子相連的狀態(tài)。

原文以Chemistry Nobel honours world-changing batteries為標(biāo)題

發(fā)表在2019年10月9日《自然》新聞上