跨越了幾代人的鋰離子電池技術(shù)終獲諾貝爾獎眷顧，3大研發(fā)先驅(qū)“創(chuàng)造可充電世界”的努力也終得蓋章認(rèn)證。瑞典皇家科學(xué)院10月9日宣布，2019年諾貝爾化學(xué)獎授予鋰離子電池技術(shù)奠基者約翰·B·古迪納夫（John B. Goodenough）、M·斯坦利·惠廷厄姆（Stanley Whittingham）和吉野彰（Akira Yoshino），其中97歲的古迪納夫成為迄今最高齡的諾貝爾獎得主。
上述3位科學(xué)家里程碑式的貢獻(xiàn)，貫穿了鋰離子電池從基礎(chǔ)研究到商業(yè)化應(yīng)用的整個發(fā)展歷程。瑞典皇家科學(xué)院在聲明中稱：“他們的成就讓‘零化石燃料世界’成為可能，這個應(yīng)用于無線電子類產(chǎn)品、電動汽車、可再生能源以及儲能等多個領(lǐng)域的技術(shù)，正在讓人類擺脫油氣嚴(yán)重依賴并尋求綠色低碳未來的夢想照進(jìn)現(xiàn)實?！?
“鋰電鼻祖”開創(chuàng)先河
惠廷厄姆、古迪納夫和吉野彰在鋰離子電池領(lǐng)域的研究是相輔相成且逐漸遞增的。惠廷厄姆于20世紀(jì)70年代利用硫化鋰鈦制造了首個功能性可充電鋰離子電池模型，成為鋰電技術(shù)的“開山鼻祖”。
惠廷厄姆1941年誕生于英國，在牛津大學(xué)獲得博士學(xué)位后前往美國斯坦福大學(xué)攻讀博士后，隨后在美國最大石油公司?？松梨诤腿蜃畲笥头趟箓愗愔x工作了16年，在?？松梨诠ぷ髌陂g研發(fā)出了全球首個鋰離子電池模型，現(xiàn)任職于美國紐約州立大學(xué)賓漢姆頓分校材料研究所和材料科學(xué)與工程專業(yè)主任。
追溯他的研發(fā)歷程不難發(fā)現(xiàn)，1973年爆發(fā)的第一次石油危機(jī)是電池技術(shù)發(fā)展的轉(zhuǎn)折點，國際社會意識到了能源安全的重要性，如何擺脫化石燃料嚴(yán)重依賴并尋求替代能源成為當(dāng)時能源科學(xué)領(lǐng)域的主流。因此，率先在電池陽極中成功使用超輕、高反應(yīng)性且容易釋放電子的金屬鋰的惠廷厄姆，得到了前所未有的關(guān)注。
惠廷厄姆首次提出了新的電池工作原理——嵌入，這為之后新式鋰離子電池成功商業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。他在2015年接受采訪時表示：“這就像在三明治中夾果醬一樣，將鋰離子放入和取出，但仍然保留晶體結(jié)構(gòu)?！碑?dāng)年，惠廷厄姆就已經(jīng)成為湯森路透諾貝爾獎得主預(yù)測名單的“座上賓”。
鋰作為元素周期表中最小和最輕的金屬，與1970年代占據(jù)主導(dǎo)地位的大型笨重的鉛酸電池不同，可以被嵌入很小的空間且容易釋放電子，惠廷厄姆將具備這些優(yōu)勢的鋰和可以捕獲流動電子空間的鈦組合在一起，實現(xiàn)了充電和放電過程的初代鋰離子電池，只不過這樣的材料組合很容易爆炸。
“鋰電之父”突破瓶頸
鋰離子電池的穩(wěn)定性難題，最終被古迪納夫和他的團(tuán)隊成功破解。1980年，古迪納夫團(tuán)隊提出了使用鈷酸鋰的想法，將鈦替換成相對穩(wěn)定的層狀材料氧化鈷，解決了鋰離子電池容易著火爆炸的問題，同時還將容量翻番，從惠廷厄姆版本的2伏增至4伏。
這一瓶頸的突破讓古迪納夫擁有了“鋰電之父”的稱號，事實上他一直是諾貝爾化學(xué)獎的熱門人選，盡管此前年年陪跑，但并不影響他的科研熱情。作為美國德州大學(xué)奧斯汀分校教授，古迪納夫日日趕赴實驗室，親自帶領(lǐng)學(xué)生并指導(dǎo)團(tuán)隊。
誕生于1922年的古迪納夫，祖籍德國，父母離異迫使他逃離家庭，咬牙考入父親母?！绹敶髮W(xué)，結(jié)果卻多次更換專業(yè)，一開始主修古典文學(xué)，后來轉(zhuǎn)到哲學(xué)，中間為了學(xué)醫(yī)還選修過化學(xué)，臨畢業(yè)又被一位數(shù)學(xué)教授看重，最終以數(shù)學(xué)學(xué)士學(xué)位結(jié)束了在耶魯讀書的日子。
二戰(zhàn)爆發(fā)他義無反顧參了軍，退役后選擇去芝加哥大學(xué)進(jìn)修物理，和楊振寧成為同窗密友。30歲開始讀博，之后被推薦到麻省理工的林肯實驗室并首次“觸電”。1976年，54歲的古迪納夫得到了牛津大學(xué)無機(jī)化學(xué)實驗室主任的職位，努力適應(yīng)當(dāng)?shù)仂F蒙蒙天氣的古迪納夫從未想到，他在這里迎來了人生的重要轉(zhuǎn)折點——研究領(lǐng)域徹底轉(zhuǎn)向電池。
這些都為后來的成功鋪平了道路，古迪納夫此前談?wù)撲囯x子電池發(fā)展時直言：“成本、安全性、能量密度、充放電速率、循環(huán)壽命等參數(shù)，對于電動汽車的普及至關(guān)重要，我相信我們終將解決現(xiàn)有電池的諸多問題?！?
“鋰電推手”問鼎市場
真正將鋰離子電池推向商業(yè)化的是“鋰電推手”吉野彰。在古迪納夫團(tuán)隊突破鋰離子電池不穩(wěn)定瓶頸之后，吉野彰團(tuán)隊圍繞“優(yōu)化鋰離子電池性能并將其推向市場”展開研究，于1985年研發(fā)出了世界上首塊商業(yè)可行的鋰離子電池，由此拉開了人類移動信息革命的序幕。
吉野彰1948年1月30日出生于日本大阪，1972年畢業(yè)于京都大學(xué)大學(xué)院工學(xué)研究專業(yè)，之后進(jìn)入日本綜合性化工集團(tuán)旭化成并再未離開，1981年正式涉足鋰離子電池研發(fā)。吉野彰曾坦言：“電池技術(shù)是復(fù)雜又困難的交叉學(xué)科，需要多方面的專家，在我看來，鋰離子電池是集智慧之大成的成果。”
1985年，在克服了諸多技術(shù)障礙之后，吉野彰團(tuán)隊徹底從電池中消除了金屬鋰，將電池陽極端的材料更改為一種石油焦，使得電子可以在兩端之間輕松安全地流動，同時還不會與周圍的材料發(fā)生反應(yīng)并使它們降解，這樣的組合具有安全性高、體積小、能量密度高等特性，同時還延長了電池的使用壽命。
1991年，日本索尼與旭化成展開合作，鋰離子電池首次實現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用，移動電子的新格局由此誕生。此后，鋰離子電池逐漸成為現(xiàn)代電子技術(shù)以及可持續(xù)能源經(jīng)濟(jì)不可或缺的一部分，是手機(jī)、電腦、電動汽車、太陽能電池板、風(fēng)力渦輪機(jī)等重要產(chǎn)品的“心臟”。
盡管鋰離子電池仍然存在不少問題，比如開采方式未必一定環(huán)境友好，且全球?qū)τ诟p、更小、充電速度更快且更環(huán)保的電池材料更加趨之若鶩，但其無疑是破解化石燃料發(fā)電格局的關(guān)鍵，尤其是在全球加速應(yīng)對氣候危機(jī)、降低污染和排放的大背景下。
諾貝爾委員會成員Olof Ramstrm表示：“人類在改善運輸和供電方式以降低對環(huán)境影響方面只是開始，不僅是鋰離子電池，未來還將出現(xiàn)更多種類的電池。鋰離子電池的問世，敲開了零油氣時代大門?！?
