2019年10月9号下午,诺贝尔化学奖授予了对锂电池的发明做出杰出贡献的三位科学家,分别是:约翰·B·古迪纳夫( John B. Goodenough)、M·斯坦利·威廷汉(M. Stanley Whittingham)和吉野彰(Akira Yoshino)。表彰他们在电池领域做出的杰出贡献。
锂电池简史
本次也诞生了诺贝尔奖史上最年长的获奖者:97岁的约翰·B·古迪纳夫。他被誉为锂电池之父。
他出生于1922年,要知道那个时代可是爱因斯坦,波尔,海森堡等人叱咤风云的时代。也就是在那个时代,科学家揭开了微观世界的面纱,量子力学取得了长足的发展。
古迪纳夫就是在这样的环境下成长,后来,二战爆发,古迪纳夫加入了美国的空军,不过他没有做飞行员,而只是在一个海岛上收集气象数据。30岁,他才开始读博,虽然看起来有点晚了,但是他的导师却是大牛:物理学家齐纳。
博士毕业之后,他来到了麻省理工的的林肯实验室,就是在这里,他接触到了电池。不过,那个时候用的还不是锂电池。
1976年,古迪纳夫成为了牛津大学的无机化学实验室主任,当时他打算研究锂电子。可是,他晚了一步,英国化学家威廷汉已经发明了锂电池。不过,威廷汉发明的锂电池很容易发生爆炸。他采用的是硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料。(威廷汉也是此次获奖的三位科学家之一。)
得知这个消息,古迪纳夫并没有放弃锂电池的研究,他相信自己可以发明更好的锂电池,经过反复的实验和理论计算。1980年,古迪纳夫和日本科学家水岛公提出了锂电池的正极材料可以选用钴酸锂(LiCoO2)。
这个用法可以使得爆炸发生的概率大幅度降低,安全性大幅度提高。后来,古迪纳夫继续研究,他们发现,锰尖晶石同样也是非常优良的正极材料,它所具有的安全性要比使用钴酸锂(LiCoO2)还要好。
在1982年,两位科学家R.R.Agarwal和J.R.Selman提出可以利用锂离子嵌入石墨的特性来制作充电电池。后来,贝尔实验室第一个锂离子石墨电极。
日本科学家吉野彰也一直在研究锂电池的问题。当他看到古迪纳夫的论文之后,从中得到了许多灵感。他利用钴酸锂(LiCoO2)、锂和氧化钴的化合物开发阴极材料,用聚乙炔开发阳极。到了1985年,吉野彰提出了世界上第一个可充电锂离子电池的原型,并初步实现了商业化。在吉野彰的设计中,钴酸锂被作为阴极,可以根除电池中的金属锂。(吉野彰也是此次三位诺奖得主之一。)
到了1989年,古迪纳夫和A.Manthiram发现了采用聚电解质,比如说:硫酸盐。可以产生更高的电压,其背后的原因是聚电解质的电磁感应效应。
从这时候,锂电池就迈入了商业化的进程,并且开始成为了我们生活中最常用的充电电池,我们手机当中所用的电池就是锂电池。
古迪纳夫已经90多岁,但他还一直持续不断地在研究电池相关方面的研究,他一直在追求能够研发出高能量密度、高安全性的电池。
以上就是本次诺贝尔化学奖的相关解读,再次感谢三位科学家对于锂电池的杰出贡献,正是他们的努力,让我们能够使用到安全的固态电池。