化学奖

获奖原因：

瑞典皇家科学院10月9日宣布，将2019年诺贝尔化学奖授予来自美国的科学家约翰·古迪纳夫、斯坦利·惠廷厄姆和日本科学家吉野彰，以表彰他们在锂离子电池研发领域作出的贡献。

据诺贝尔化学奖评选委员会介绍，轻巧、可充电且能量强大的锂离子电池已在全球范围内被应用于手机、笔记本电脑、电动汽车等各种产品，并可以储存来自太阳能和风能的大量能量，从而使无化石燃料社会成为可能。

上世纪70年代，惠廷厄姆发现了一种能量丰富的材料，这种由二硫化钛制成的材料可以嵌入锂离子，所以可被用作锂电池中的阴极。古迪纳夫推测，如果用金属氧化物来替代金属硫化物制造阴极，电池将具有更大的潜力。经过系统研究，他在1980年证明了嵌入锂离子的氧化钴可以产生4伏的电压。

在古迪纳夫研制出的阴极基础上，吉野彰1985年开发出了首个接近商用的锂离子电池。他并未使用活泼的金属锂做阳极，而是使用了焦炭，这种碳材料可以像氧化钴一样提供容纳锂离子的空间。锂离子在阴阳极之间运动产生电流。一个轻巧耐用、在性能下降前可充放电数百次的电池由此产生。自1991年首次进入市场，锂离子电池彻底改变了人们的生活。这种电池奠定了无线、无化石燃料社会的基础，对人类具有极大益处。

获奖人简介：

约翰·B·古迪纳夫（JohnB.Goodenough），1922年在美国出生，现年97岁。1943年，他在耶鲁大学获得数学系学士学位。二战之后，古迪纳夫于1952年在芝加哥大学获得物理学博士学位。1952到1976年，古迪纳夫在MIT的林肯实验室工作，主要进行关于内存的材料物理研究。1976年，古迪纳夫进入牛津大学任教授并作为无机化学研究负责人。1986年起，古迪纳夫在德州大学奥斯丁分校担任教授，继续从事能源材料的研究。

吉野彰（AkiraYoshino），1948年出生于日本大阪，现年71岁。吉野教授于1970年从京都大学工学部石油化学科毕业，1972年获工学硕士学位，2005年获大阪大学工学博士学位。1972年，吉野彰进入旭化成工业株式会社，1994年担任AT&T技术开发部长，1997年担任旭化成工业株式会社离子二次电池事业推进室室长。2005年至今，吉野教授担任旭化成工业株式会社吉野研究室室长。

M·斯坦利·威廷汉（M.StanleyWhittingham），现就任于东北化学能源储存中心（NECCES），美国宾厄姆顿大学能源前沿研究中心（EFRC）。他与JohnB.Goodenough在锂电领域取得开拓性研究，2015年被汤森路透预测为诺贝尔化学奖的候选人。Whittingham教授于1971年获得ECS电化学学会颁发的青年学者奖，2004年获得ECS电化学学会颁发的电池研究奖，并因其对锂电池科学和技术的贡献而于2006年当选为ECS电化学学会成员。

锂离子电池自问世以来，因其卓越的性能得到了迅猛的发展，从工作到生活，锂电池给人类生活带来的便利就非常显而易见，你此刻正拿着的手机、桌上的笔记本电脑、心脏起搏器等等这些便携式电器，以及环保型交通工具代表—电动汽车，都离不开锂离子电池。这项发明如同一道光，照亮了人类生活的“说走就走”。

目前锂电池公认的基本原理是所谓的“摇椅理论”。锂电池的充放电不是通过传统的方式实现电子的转移，而是通过锂离子在层壮物质的晶体中的出入，发生能量变化。在正常充放电情况下，锂离子的出入一般只引起层间距的变化，而不会引起晶体结构的破坏，因此从充放电反映来讲，锂离子电池是一种理想的可逆电池。在冲放电时锂离子在电池正负极往返出入，正像摇椅一样在正负极间摇来摇去，故有人将锂离子电池形象称为摇椅电池。

最“化学的”化学奖

历年来，诺贝尔化学奖不“化学”，从历年诺贝尔化学奖得主名单中不难看出，诺贝尔化学奖“混搭”明显，与其他自然科学领域并没有明显的界线。不少人的获奖成就并非出自传统的化学研究，而是涉及生物学、物理学等多重学科，因此诺贝尔化学奖也被调侃为“理科综合奖”，还曾出现过“诺贝尔化学奖颁给物理学家、以奖励他们的成果有益于生物学家”之类的情况。

据统计，其中有17次诺贝尔化学奖颁给了生物学方面的成就。比如2017年的诺贝尔化学奖颁给了在冷冻电子显微镜术领域做出巨大贡献的三位生物物理学家。2018年的诺贝尔化学奖颁给了在“进化控制”方面做出重要贡献的三位生物学家。因此诺贝尔化学奖曾被不少科学家戏谑称为“诺贝尔理科综合奖”。而此次因锂电池的发明二获奖是真正意义上的纯化学发明。

锂电池诞生记

这次获奖的原创成果要追溯到20世纪70年代，他们三个人开创了锂离子电池从基础研究到产业化的路径。

锂离子电池的基础是在1970年代的石油危机期间奠定的。斯坦利·威廷汉致力于开发可能导致无化石燃料的能源技术的方法。他开始研究超导体，并发现了一种能量非常丰富的材料，他将其用于在锂电池中创建创新的阴极。它是由二硫化钛制成的，该二硫化钛在分子水平上具有可以容纳（嵌入）锂离子的空间。电池的阳极部分由金属锂制成，金属锂具有强烈的释放电子的动力。这产生了一个电池，实际上具有很大的潜力，刚好超过2伏。但是，金属锂具有反应性，电池爆炸性太大，无法使用。

约翰·古迪纳夫预测，如果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。经过系统的搜索，他在1980年证明了嵌入了锂离子的氧化钴可以产生多达4伏的电压。这是一项重要的突破，将带来更强大的电池。

吉野彰以古迪纳夫的阴极为基础，于1985年创建了首个商业上可行的锂离子电池。他没有在阳极中使用反应性锂，而是使用了石油焦炭，这种碳材料像阴极的氧化钴一样可以嵌入锂离子中。结果是重量轻，坚固耐用的电池，在其性能下降之前可以充电数百次。锂离子电池的优点在于，它们不是基于分解电极的化学反应，而是基于锂离子在阳极和阴极之间来回流动。

未来路在何方？

这次诺贝尔化学奖花落锂电池，无异于为相关的研究人员打了一针“强心剂”。就目前锂电池的基础研究来说，国际上公认美国领先，日本产业化做得最好。

锂电池的研究核心是正极、负极材料以及隔膜，它正朝着高容量、金属化、固态化等方向发展。当前，锂电池能量密度要不断往上做，相当于在有限的空间内塞入更多的锂离子。但是，金属锂是碱金属，本身化学性质很活泼，肯定会带来一些安全上的不确定性。怎么去稳定正极和负极的化学安全性，这是锂离子电池未来要解决的一个重点。而锂属于稀有金属资源，并不具备资源优势，因此除了锂电池之外，还应当做一些其他电池资源的开发，比如钠离子电池。

客观来讲，锂电池性能还没有达到电动汽车和大规模储能的要求。呼唤新的材料与体系，这也是下一步以及未来十年电池的发展方向。（编辑/高纬时）

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诺贝尔奖最高龄得主诞生：

2019年诺贝尔化学奖诞生的同时，还诞生了一个诺贝尔之最——97岁的古迪纳夫成为诺贝尔奖最高龄得主，力压2018年诺贝尔物理学家亚瑟·阿什金（ArthurAshkin）（获奖时享年96岁）。他在今年6月接受泰晤士报专访时透露他仍在从事电池工作，虽然不知道自己什么时候会“被带走”，但当下他仍有两个愿望，其一是能看到自己所带的博士生顺利毕业，其二是能在有生之年看到自己的研究能第二次改变世界。

卖不出去的发明：

具吉野回憶说，开发出锂电池后起初3年都卖不出去，身心很沉重、备受折磨。