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如今的年轻人离不开他们的成果
2019-10-10 08:52  杭州网

另外两位78岁、71岁,2019年诺贝尔化学奖得主很老了 但如今的年轻人离不开他们的成果

10月9日,瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布,将2019年诺贝尔化学奖颁发给3位科学家,分别为美国科学家约翰·班宁斯特·古迪纳夫、英国科学家迈克尔·斯坦利·惠廷汉姆以及日本科学家吉野彰,以表彰他们在锂离子电池方面的研究贡献。

委员会在声明中认为,三人创造了一个“可充电的世界”。声明说:“这种轻便、可反复充电、强大的电池,现在几乎用于我们生活中的每一样电子产品,无论是手机,还是笔记本电脑,又或是电动车。它能存储大量太阳能、风能产生的能源,使得未来无化石燃料社会实现成为可能。”

3位科学家都被认为是“锂离子电池之父”,他们将平分900万瑞典克朗的奖金。

迈克尔·斯坦利·惠廷汉姆

1941年出生于英国诺丁汉,英国化学家,锂离子电池发明者,纽约州立大学旗下宾汉顿大学材料研究所和材料科学与工程项目研究所主管。

石油危机

引发的新能源开发项目

一切都要从20世纪70年代的石油危机说起。接连石油短缺,对包括美国在内的发达国家造成严重影响。当时的舆论流行着一种论调:一旦石油用光了,人类该怎么办?

1972年,美国著名的石油公司埃克森(如今的埃克森美孚)做了一个决定,那就是挑选最顶尖的人才,来开发代替化石燃料的新能源及其存储方式。其中一人就是刚从斯坦福大学毕业的惠廷汉姆。

惠廷汉姆1967年从英国牛津大学博士毕业后,来到斯坦福攻读博士后。他师从固态电化学领域的专家罗伯特·希金斯,但他所属的部门却是材料学。当时在欧洲,固态化学是一个重点研究方向,但在美国,这方面的专家掰着手指头也能数得出来。

1971年,他发表了一篇固态快离子传输的论文,赢得了电化学学会青年作者奖。这篇论文让他获得了埃克森石油公司的青睐。

他奠定了“锂离子电池”的基础

当时,惠廷汉姆已经拿到了在康奈尔大学执教的工作,但埃克森公司为他开出的条件,大概是个科学家都不会拒绝。“你实验想要什么就能拿到什么,一周之内保证送到;钱根本不是问题。”惠廷汉姆说,埃克森公司像投资石油钻探一样投资他的实验室。公司对他的期待是,五个点子里只要有一个能有回报即可。

惠廷汉姆在多种金属中寻找超导体,最终选中了二硫化钛,在锂离子电池中开发出了一种创新的阴极。从分子水平来说,它具有可能容纳、嵌入锂离子的空间。于是,在1972年年末,埃克森公司就开发出了锂离子电池原型“45Ah”,并在次年拿到了专利。

约翰·班宁斯特·古迪纳夫

1922年出生于美国,现年97岁,他破了最年长诺奖得主纪录。此前最年长的诺奖得主为2018年物理学奖得主阿斯金(96岁)。古迪纳夫是美国德州大学奥斯汀分校的机械工程和材料科学教授,美国固体物理学家,是二次电池产业的重要学者。

“足够好”先生:

学贯数理化的超级学霸

今年97岁的古迪纳夫一生相当传奇。他的名字(Goodenough)总让他被调侃为“足够好”先生。

古迪纳夫先是考上耶鲁大学,因为阅读障碍,选择就读不需要太多阅读的数学系;紧接着赶上二战,本打算和朋友一样去报海军陆战队,被数学老师叫去说教“不要当大兵,我们需要懂数学的人做战争气象预报”,所以没上前线。

战后,古迪纳夫又考上了芝加哥大学的物理系。他拿着军方预算做了24年的磁性材料研究,做出了最初电脑内存所用的材料,然后预算被砍,差点去了伊朗。

1976年,英国牛津大学化学系出现了一个空缺。57岁的古迪纳夫凭借扎实的物理学知识,居然在化学系站稳了脚跟。

90岁还在搞科研

他早前就对惠廷汉姆所开发的锂电池做过预言——如果电池的阴极不使用金属硫化物,而是金属氧化物,那电池将产生更高的电势差。经过系统性的寻找,他在1980年证明了,嵌入了锂离子的钴酸锂就是理想的材料。

这种氧化物可以拔高电池的使用电压,从而提升电池储存的电量。更为重要的是,钴酸锂对空气等不敏感。如果把金属锂比作容易发疯的公牛,那么钴酸锂就像是得到了棒棒糖的孩子一样乖巧。

然而,或许是这一创新太过前卫,也可能是锂电池爆炸的教训太过惨烈,当时整个西方世界没有一家企业敢接这个发明。甚至牛津大学自己都不愿意为钴酸锂发现申请专利。最后,这项专利被日本公司索尼买走继续开发,成为了今天各种便携设备电池的基础,而古迪纳夫没有拿到钱。

古迪纳夫后来做出了锰酸锂电池,目前在许多电动车里使用;75岁,他又做出了新的材料磷酸铁锂,比钴廉价得多也更加稳定,常用于电动工具里;90岁,他又开始研究固态电池以提升容量和安全性,还有如何用更廉价易得的钠来取代锂。

尽管创造出了足够多的发明,获得了无数荣誉,在他眼中,自己从来没有“足够好”。他曾说:“我们有些人就像是乌龟,走得慢,一路挣扎,到了而立之年还找不到出路。但乌龟知道,他必须走下去。”

吉野彰

1948年出生于日本大阪,日本化学家,现任旭化成研究员、名城大学教授。吉野彰是现代锂离子电池(LIB)的发明者,曾获得工程学界最高荣誉全球能源奖与查尔斯·斯塔克·德雷珀奖。

“好奇心是驱使我开展研究的动力”

吉野彰是三人中年纪最小的获奖者,今年也已经71岁。吉野彰在发布会的电话连线中说,“好奇心是驱使我开展研究的动力”,气候变化是当今非常严峻的挑战,锂离子电池能为解决这一问题提供很大帮助。

当年,古迪纳夫苦于寻找能为他申请专利的下家。而地球的另一端,吉野彰也在绞尽脑汁攻克锂离子电池难题。他已经找到了合适的阳极材料,但苦于没有合适的阴极材料——直到他读到了古迪纳夫的论文。

1985年,吉野彰以古迪纳夫的阴极材料为基础,发明了首个可商业化的锂离子电池。他没有在阳极中使用高反应性的锂,而是使用了石油焦炭。和阴极的钴酸锂一样,这种碳材料也可以嵌入锂离子。

1991年,两人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。两人也因此结下了深厚友谊。此后,吉野彰每年都会去美国拜访古迪纳夫。回顾历史,吉野彰说:“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。”



来源:都市快报    作者:记者 金弘彬 综合报道    编辑:邹卓琪    
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