車東西10月9日消息，瑞典皇家科學(xué)院今天下午宣布，2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予約翰·B·古迪納夫(John B. Goodenough)、斯坦利·威廷漢（M. Stanley Whittingham） 和吉野彰(Akira Yoshino)三人，以表彰他們在開發(fā)鋰離子電池方面作出的杰出貢獻(xiàn)。
威廷漢曾用二硫化鈦?zhàn)鳛?a class="innerlink" href="http://www.shi-ke.cn/tags/鋰電池" target="_blank">鋰電池陰極材料，古迪納夫于1980年證明嵌入鋰離子電池的氧化鈷可產(chǎn)生4伏電壓，成為鋰電池歷史上的重大技術(shù)突破。1985年，吉野彰以古迪納夫發(fā)現(xiàn)的陰極材料為基礎(chǔ)推出首個(gè)可商用的鋰電池。
事實(shí)上，今年97歲高齡的古迪納夫也是公認(rèn)的“鋰電池之父”，可以說，沒有他就沒有鋰電池，沒有今天的手機(jī)和電腦，更沒有正在蓬勃發(fā)展的電動(dòng)汽車了。
▲John B. Goodenough
值得注意的是，古迪納夫雖然已經(jīng)97歲高齡，但目前仍然活躍在學(xué)術(shù)一線，每天都會去自己所在的美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校實(shí)驗(yàn)室工作，最近的研究項(xiàng)目為電池領(lǐng)域最前沿的固態(tài)電池技術(shù)——并且希望徹底改變電動(dòng)汽車的使用前景。
2017年夏天，古迪納夫就與幾位專家一道在《能源與環(huán)境科學(xué)》期刊上發(fā)布論文，宣布其已經(jīng)研發(fā)出了具備高能量密度、快速充電和長壽命的全固態(tài)電池原型。
古迪納夫當(dāng)時(shí)講道，“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(dòng)汽車的普及至關(guān)重要。我相信我們的發(fā)現(xiàn)，將解決現(xiàn)有電池的很多問題。”
一、2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予鋰電池 三位奠基者獲獎(jiǎng)
今天下午5點(diǎn)45分左右，瑞典皇家科學(xué)院揭曉了諾貝爾獎(jiǎng)2019年自然科學(xué)類最后一個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)——諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)被授予約翰·B·古迪納夫、斯坦利·威廷漢和吉野彰三人，以表彰他們在鋰離子電池方面作出的奠基性貢獻(xiàn)。
▲諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)公布化學(xué)獎(jiǎng)得主
鋰電池基于鋰離子在陽極和陰極之間流動(dòng)來產(chǎn)生電流，現(xiàn)任紐約州立大學(xué)賓漢姆頓分校教授的威廷漢曾將二硫化鈦用鋰電池陰極材料，該材料在分子水平上具有可以容納（嵌入）鋰離子的空間。
美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校教授的古迪納夫曾預(yù)測如果使用金屬氧化物而不是金屬硫化物作為陰極材料，那么鋰電池將具有更大的潛力。他在1980年證明了嵌入鋰離子的氧化鈷可以產(chǎn)生多達(dá)4伏的電壓，由此為制造更強(qiáng)大的電池奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
1985年，日本化學(xué)家、現(xiàn)任名城大學(xué)教授吉野彰在古迪納夫鋰電池陰極的基礎(chǔ)上，推出了首個(gè)可商用的鋰離子電池，此外，在陽極材料方面吉野彰沒有使用反應(yīng)性鋰，而是采用了石油焦炭作為材料。
在三位科學(xué)家中，最引人矚目的就是被稱為“鋰電池之父”的古迪納夫。
如果用學(xué)術(shù)化的方式來講，那就是古迪納夫開發(fā)了鋰離子可充電電池，同時(shí)他發(fā)現(xiàn)了古迪納夫—金森法則，這項(xiàng)法則可被用于確定超交換（superexchange)材料磁性符號。
正是因?yàn)楣诺霞{夫在鋰電池領(lǐng)域的這種貢獻(xiàn)，古迪納夫也被選為美國國家工程院、美國國家科學(xué)院、法國科學(xué)院、西班牙皇家學(xué)會和英國皇家學(xué)會院士，在學(xué)術(shù)界聲名顯赫。
據(jù)了解，1901至2018年間，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)共頒布了110次，共有181位諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者，今天之后諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的名單將增加到184位。在這184位獲獎(jiǎng)?wù)咧?，古迪納夫目前是年齡最高的一位。
事實(shí)上，早在本屆諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)公布之前，就有一些媒體和科學(xué)家預(yù)計(jì)古迪納夫?qū)锚?jiǎng)，最終事實(shí)果真如此。
據(jù)報(bào)道，古迪納夫于1922年在德國出生，并于1944年在美國獲得耶魯大學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)士學(xué)位。二戰(zhàn)后古迪納夫選擇繼續(xù)攻讀博士，并在1952年從芝加哥大學(xué)畢業(yè)。
二、97歲高齡仍堅(jiān)持工作 最新成果是固態(tài)電池
古迪納夫是科研圈的“工作狂”，據(jù)媒體報(bào)道，即便是在90多歲高齡，他也會在工作日早上7點(diǎn)左右開始工作，周末時(shí)繼續(xù)在家工作一天半。
現(xiàn)階段，其研究的重點(diǎn)是鋰電池的前沿領(lǐng)域——固態(tài)電池。
2017年，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校官網(wǎng)發(fā)布報(bào)道，宣布古迪納夫帶領(lǐng)的工程師團(tuán)隊(duì)，研發(fā)出了全球首個(gè)全固態(tài)電解質(zhì)鋰電池，具備更安全、更快的充電速率、更長的使用壽命等特性，在全球引起廣泛關(guān)注。
古迪納夫和團(tuán)隊(duì)中的Maria Helena Brag等學(xué)者在《能源與環(huán)境科學(xué)》期刊上撰寫了一篇論文介紹了這一固態(tài)電池。
▲德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校官網(wǎng)報(bào)道宣布古迪納夫團(tuán)隊(duì)研發(fā)出全固態(tài)電解質(zhì)鋰電池
古迪納夫團(tuán)隊(duì)表示，這一固態(tài)電池的能量密度至少是傳統(tǒng)鋰電池能量密度的三倍（也就是說，同樣重量的電池，固態(tài)電池得帶電量是傳統(tǒng)電池的三倍，堪稱是超級電池了），同時(shí)還具備充放電壽命長、充電速度快的特性。按照德州大學(xué)奧斯汀分校官網(wǎng)的說法，其充電速度是按照分鐘而不是傳統(tǒng)鋰電池的小時(shí)來計(jì)算。
據(jù)了解，傳統(tǒng)鋰電池陰極和陽極之間使用的是液態(tài)電解質(zhì)，鋰離子在其中穿梭以存儲或釋放電量。如果電池充電過快，電池中會形成枝晶（金屬晶須），穿過電解質(zhì)造成短路，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)或者爆炸。
在研究中，古迪納夫團(tuán)隊(duì)用一種玻璃電解質(zhì)代替了傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)。這種電解質(zhì)可以使用堿金屬作為電極，并且不會出現(xiàn)枝晶的情況。
正是有了堿金屬作為電極（傳統(tǒng)電池?zé)o法使用），不僅提升了固態(tài)電池陰極的能量密度，還將其充放電壽命延長到了1200多次。
更重要的是，由于這個(gè)玻璃電解質(zhì)在零下20度的環(huán)境下仍然具有較高的導(dǎo)電性能，因此搭載這一電解質(zhì)的固態(tài)電池可以讓電動(dòng)汽車在零度以下的環(huán)境下仍然能正常工作，最低可達(dá)零下60度。
而搭載普通液態(tài)電解質(zhì)的鋰電池，在極低溫環(huán)境下，充放電性能會大幅縮減。要想保持良好的性能，必須使用額外的液態(tài)溫度控制系統(tǒng)對其進(jìn)行加熱。
需要指出的是，古迪納夫尤其重視該技術(shù)在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。在發(fā)表論文時(shí)他明確講道，“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(dòng)汽車的普及至關(guān)重要。我相信我們的發(fā)現(xiàn)，將解決現(xiàn)有電池的很多問題。”
在這一研發(fā)過程中，一位名為Maria Helena Brag的學(xué)者也發(fā)揮了重要作用。
▲Maria Helena Brag
據(jù)了解，Maria Helena Brag在葡萄牙波爾圖大學(xué)工作時(shí)就開始研究固態(tài)電解質(zhì)。2015年時(shí)，她開始跟古迪納夫以及Andrew J. Murchison兩位德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的專家進(jìn)行合作。
Maria Helena Brag強(qiáng)調(diào)，正是古迪納夫?qū)虘B(tài)玻璃電解質(zhì)的組成和性質(zhì)的深入了解，才讓其可以應(yīng)用在電池領(lǐng)域。與此同時(shí)，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校技術(shù)商業(yè)化辦公室也對該技術(shù)申請了專利。
此外，這種玻璃電解質(zhì)還簡化了電池制造流程，并允許使用鈉來代替鋰離子進(jìn)而解決了原料供給問題。
德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校在這份報(bào)道中指出，古迪納夫計(jì)劃繼續(xù)進(jìn)行電池研究，之后古迪納夫和他的團(tuán)隊(duì)還希望能跟電池制造商合作，為電動(dòng)車、能源存儲裝置研發(fā)新型電池，對于電動(dòng)汽車制造商來說這都是一個(gè)相當(dāng)不錯(cuò)的消息。
結(jié)語：電動(dòng)汽車的新希望
眼下的電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)雖然正在迅速發(fā)展，但電池技術(shù)仍然處于一個(gè)比較尷尬的底部，能量密度較低導(dǎo)致續(xù)航里程短，同時(shí)充電速度也不及燃油車加油那么快。
電動(dòng)汽車想要進(jìn)一步發(fā)展，電池是要解決的一個(gè)核心問題。
正因?yàn)槿绱耍瑢汃R、大眾、特斯拉等一系列大型車企都在研究固態(tài)電池技術(shù)，希望獲得突破。
而隨著古迪納夫等專家也將注意力放在了固態(tài)電池領(lǐng)域，正說明這一方向是解決電動(dòng)汽車?yán)锍探箲]的正確途徑，并且迎來了大量頂尖專家學(xué)者的關(guān)注。
相信用不了多久，固態(tài)電池就會讓電動(dòng)汽車具備取代燃油車的實(shí)力。