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鋰電池開(kāi)啟電子設(shè)備便攜化進(jìn)程

諾貝爾獎(jiǎng)最高齡得主誕生

今天在揭曉諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的同時(shí)，還誕生了一個(gè)諾貝爾之最——97歲的古迪納夫成為諾貝爾獎(jiǎng)最高齡得主，力壓2018年諾貝爾物理學(xué)家亞瑟·阿什金（Arthur Ashkin）（獲獎(jiǎng)時(shí)享年96歲）。他在今年6月接受泰晤士報(bào)專(zhuān)訪(fǎng)時(shí)透露他仍在從事電池工作，雖然不知道自己什么時(shí)候會(huì)“被帶走”，但當(dāng)下他仍有兩個(gè)愿望，其一是能看到自己所帶的博士生順利畢業(yè)，其二是能在有生之年看到自己的研究能第二次改變世界。在諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)揭曉之前，有猜測(cè)認(rèn)為古迪納夫或?qū)@獎(jiǎng)。

古迪納夫目前為美國(guó)德州大學(xué)奧斯汀分校，機(jī)械工程系教授，著名固體物理學(xué)家，是鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰正極材料的發(fā)明人，鋰離子電池的奠基人之一。他使鋰電池體積更小、容積更大、使用方式更穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，同時(shí)開(kāi)啟了電子設(shè)備便攜化進(jìn)程，可以說(shuō)是名副其實(shí)的鋰電池之父！1991年，古迪納夫的理論被索尼公司采用，成功制造出了世界上第一款商用鋰電池，它的實(shí)際應(yīng)用，使得攜帶式電子設(shè)備（如移動(dòng)電話(huà)、筆記型電腦）的重量和體積大大減小，使用時(shí)間大大延長(zhǎng)。自此手機(jī)、照相機(jī)、筆記本電腦乃至電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域各自步入了便攜式新能源時(shí)代。

斯坦利·惠廷厄姆1941年出生于英國(guó)諾丁漢。在1964-1968年間，他于牛津大學(xué)接受化學(xué)教育，并取得學(xué)士、碩士與博士學(xué)位。他最早提出鋰離子電池的概念，并采用硫化鈦?zhàn)鳛檎龢O材料，金屬鋰作為負(fù)極材料，制成世界上第一塊鋰離子電池。

吉野彰（Yoshino Akira），1948年出生于日本大阪，現(xiàn)任旭化成研究員、名城大學(xué)教授。吉野是現(xiàn)代鋰離子電池的發(fā)明者，曾獲得工程學(xué)界最高榮譽(yù)全球能源獎(jiǎng)與查爾斯·斯塔克·德雷珀獎(jiǎng)。

現(xiàn)場(chǎng)連線(xiàn)吉野彰：好奇心是主要?jiǎng)恿?/strong>

吉野彰在接受現(xiàn)場(chǎng)連線(xiàn)時(shí)說(shuō)：“我從1981年開(kāi)始研究鋰離子電池，并于1985年發(fā)明了鋰離子電池” ，當(dāng)被問(wèn)及是什么驅(qū)使吉野研究鋰離子電池時(shí)，他表示好奇心是其主要?jiǎng)恿Α?/span>但由于現(xiàn)場(chǎng)連線(xiàn)的信號(hào)不是很好，這次的通話(huà)并沒(méi)有持續(xù)很長(zhǎng)的時(shí)間。

約蘭·漢森在接受本網(wǎng)專(zhuān)訪(fǎng)時(shí)說(shuō)，鋰離子電池系統(tǒng)的構(gòu)建和發(fā)展離不開(kāi)這三位科學(xué)家的貢獻(xiàn)，他們?cè)阡囯x子電池研發(fā)所做的重大突破，為我們打開(kāi)了可持續(xù)發(fā)展世界的大門(mén)。“如今，我們今天面臨著氣候變化的巨大問(wèn)題，其中很大一部分是燃燒化石燃料所帶來(lái)的。而鋰離子電池技術(shù)讓我們從化石燃料驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向電能驅(qū)動(dòng)，這使得社會(huì)往更環(huán)保的方向發(fā)展，而人類(lèi)無(wú)疑是最大的受益者。我們認(rèn)為這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)是符合諾貝爾獎(jiǎng)的精神的。”他說(shuō)，他已經(jīng)致電了吉野彰和惠廷厄姆，他們聽(tīng)到自己獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)時(shí)很高興，惠廷厄姆甚至喊了一聲“YES”，他們都表示會(huì)出席12月在斯德哥爾摩舉行的諾貝爾頒獎(jiǎng)典禮。不過(guò)遺憾的是，由于時(shí)差原因，諾貝爾委員會(huì)還沒(méi)聯(lián)系上在美國(guó)德克薩斯州的古迪納夫。據(jù)相關(guān)人士透露，古迪納夫并沒(méi)有在美國(guó)，之所以錯(cuò)過(guò)了諾貝爾電話(huà)是因?yàn)樗チ擞?guó)皇家學(xué)會(huì)領(lǐng)取科普利獎(jiǎng)，就在今晚。

鋰離子電池 從概念到商業(yè)化

這三個(gè)獲獎(jiǎng)?wù)咴阡囯x子電池的開(kāi)發(fā)中都起著至關(guān)重要的作用。20世紀(jì)70年代的石油危機(jī)期間導(dǎo)致能源問(wèn)題日益突出，當(dāng)時(shí)起便有一群科學(xué)家努力開(kāi)發(fā)新能源。斯坦利·惠廷漢姆在開(kāi)發(fā)第一款款功能性鋰電池時(shí)，他利用鋰的巨大動(dòng)力來(lái)釋放其外部電子，但這種電池在充放電的過(guò)程中容易起火爆炸。約翰·巴尼斯特·古迪納夫經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)計(jì)算，他發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰是比原先使用的硫化鈦更適合儲(chǔ)存鋰離子，他將鋰電池的電勢(shì)提高了一倍，為更強(qiáng)大、更有用的電池創(chuàng)造了合適的條件。吉野彰借助古迪納夫的理論，成功地從電池中去除了純鋰，取而代之的是將其完全基于比純鋰更安全的鋰離子。這使得電池可以投入到實(shí)際到生產(chǎn)應(yīng)用中。1991年，古迪納夫和吉野彰合作發(fā)明的鋰離子電池被索尼公司成功推向了市場(chǎng)，標(biāo)志著鋰離子電池的大規(guī)模使用，它的商業(yè)化生產(chǎn)使得攜帶式電子設(shè)備（如移動(dòng)電話(huà)、筆記型電腦）的重量和體積大大減小，使用時(shí)間大大延長(zhǎng)。自此人們的生活進(jìn)入了一個(gè)新的能源使用時(shí)代。有意思的是，兩人也因此結(jié)下了深厚友誼，吉野彰每年都會(huì)去德州拜訪(fǎng)古迪納夫。吉野彰表示：“電池技術(shù)是復(fù)雜又困難的學(xué)科交叉領(lǐng)域，它的發(fā)展需要多方面的專(zhuān)家。在我看來(lái)，鋰離子電池是集體智慧的成果。”

鋰離子電池是第一塊真正意義上的輕質(zhì)電池，為便攜式電子設(shè)備（如手機(jī)、平板電腦、起搏器）的產(chǎn)生鋪平了道路，甚至電動(dòng)汽車(chē)、航天業(yè)也離不開(kāi)它。鋰離子電池作為當(dāng)今世界最主要的便攜式能量源，自1991年首次進(jìn)入市場(chǎng)以來(lái)，徹底改變了我們的生活。它們奠定了無(wú)線(xiàn)、無(wú)石化燃料社會(huì)的基礎(chǔ)，可以說(shuō)如果沒(méi)有鋰電池，就不會(huì)有如今我們所能享受到的一切便攜式設(shè)備。今天，鋰電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)接近年產(chǎn)幾十億美元，為人類(lèi)的日常活動(dòng)提供動(dòng)力。鋰電池還曾和晶體管一起被視作電子工業(yè)中最偉大的發(fā)明，而晶體管的發(fā)明人巴丁已經(jīng)榮獲諾貝爾獎(jiǎng)。盡管鋰離子電池的誕生應(yīng)用已有30年的歷史，但即使到今天，也沒(méi)有被更好的電池技術(shù)來(lái)取代它，鋰離子電池技術(shù)無(wú)疑是對(duì)現(xiàn)代人類(lèi)日常生活最有影響力的材料科學(xué)之一。

今年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)三位科學(xué)家在鋰離子電池領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)，使得鋰離子電池在全球范圍內(nèi)得到廣泛運(yùn)用，從根本上改變了人們的日常生活，由于鋰離子電池中不含有重金屬鎘，與鎳鎘電池相比，大大減少了對(duì)環(huán)境的污染，他們更是為我們創(chuàng)造了一個(gè)綠色環(huán)保的世界，對(duì)人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展做出了杰出的貢獻(xiàn)。

最接地氣的一次化學(xué)獎(jiǎng)

今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)被稱(chēng)為最接地氣的一次，其研究成果是最接近我們?nèi)粘Ｉ畹摹?/span>鋰電池給人類(lèi)生活帶來(lái)的便利就非常顯而易見(jiàn)，你此刻正拿著的手機(jī)、桌上的筆記本電腦、心臟起搏器等等這些便攜式電器，以及環(huán)保型交通工具代表—電動(dòng)汽車(chē)，都離不開(kāi)鋰離子電池。

諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)不“化學(xué)”，從歷年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主名單中不難看出，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)“混搭”明顯，與其他自然科學(xué)領(lǐng)域并沒(méi)有明顯的界線(xiàn)。不少人的獲獎(jiǎng)成就并非出自傳統(tǒng)的化學(xué)研究，而是涉及生物學(xué)、物理學(xué)等多重學(xué)科，因此諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)也被調(diào)侃為“理科綜合獎(jiǎng)”，還曾出現(xiàn)過(guò)“諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給物理學(xué)家、以獎(jiǎng)勵(lì)他們的成果有益于生物學(xué)家”之類(lèi)的情況。據(jù)統(tǒng)計(jì)，其中有17次諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了生物學(xué)方面的成就。比如2017年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了在冷凍電子顯微鏡術(shù)領(lǐng)域做出巨大貢獻(xiàn)的三位生物物理學(xué)家。2018年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了在“進(jìn)化控制”方面做出重要貢獻(xiàn)的三位生物學(xué)家。因此諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)曾被不少科學(xué)家戲謔稱(chēng)為“諾貝爾理科綜合獎(jiǎng)”。

煎荷包蛋時(shí)為什么不會(huì)粘鍋？雨衣為什么能防水？光合作用是如何產(chǎn)生？是什么破壞了臭氧層？這些問(wèn)題都能在化學(xué)獎(jiǎng)得主的研究成果中找到答案。正是這些科學(xué)家的探索發(fā)現(xiàn)，從根本上改變了人們對(duì)世界的看法，也從根本上改變了人們的生活。

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諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)趣聞

諾貝爾獎(jiǎng)的創(chuàng)立者瑞典人阿爾弗雷德·諾貝爾本人就是一名化學(xué)家，曾發(fā)明硝化甘油炸藥。按照他的遺囑，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)旨在頒給化學(xué)方面有重要發(fā)現(xiàn)和取得重大成果的人。

與諾貝爾設(shè)立的其他獎(jiǎng)項(xiàng)一樣，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)從1901年開(kāi)始頒發(fā)，在沒(méi)有評(píng)出化學(xué)方面重大成果的年份則空缺獎(jiǎng)項(xiàng)。直至2017年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)出現(xiàn)過(guò)8次空缺，共計(jì)頒發(fā)109次，其中63次獲獎(jiǎng)人數(shù)為1人，而獲獎(jiǎng)人數(shù)為2人和3人的次數(shù)都是23次。

截至2018年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主共計(jì)180人，其中有五名女性獲獎(jiǎng)：瑪麗·居里（1911年）、伊雷娜·約里奧-居里（1935年）、多蘿西·克勞福特·霍奇金（1964年）、阿達(dá)·約納特（2009年）和弗朗西斯·阿諾德（2018年）。英國(guó)科學(xué)家弗雷德里克·桑格憑借基因測(cè)序技術(shù)兩次獲得這項(xiàng)殊榮。

從年齡上來(lái)看，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主獲獎(jiǎng)時(shí)的平均年齡為58歲，其中最年長(zhǎng)者是85歲獲獎(jiǎng)的美國(guó)科學(xué)家約翰·芬恩，他因發(fā)明對(duì)生物大分子進(jìn)行識(shí)別和結(jié)構(gòu)分析的方法于2002年獲獎(jiǎng)；最年輕的是于1935年獲獎(jiǎng)的法國(guó)科學(xué)家弗雷德里奧·約里奧，在35歲時(shí)他與夫人伊雷娜·約里奧-居里共同獲獎(jiǎng)，而這對(duì)“科研夫妻檔”就是著名的居里夫婦的女婿和女兒。

由于諾貝爾提名人選的保密期為50年，現(xiàn)階段公眾只能看到1901年至1966年的獎(jiǎng)項(xiàng)提名資料。在這期間，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的總提名人數(shù)為2931人，在諾貝爾自然科學(xué)類(lèi)獎(jiǎng)項(xiàng)中“陪跑”人數(shù)居中。（人民網(wǎng) 記者 李玫憶 實(shí)習(xí)生 方菁）