三位科学家分享2019诺贝尔化学奖,他们“创造了可充电的世界”

2019年10月09日 17:50 A
瑞典皇家科学院宣布将2019年度诺贝尔化学奖授予约翰·B·古迪纳夫、M·斯坦利·惠廷汉和吉野彰,以表彰他们在锂离子电池方面的成就。

图片来源:诺贝尔奖官网

记者 | 田思奇

北京时间10月9日下午5点50分左右,瑞典皇家科学院宣布将2019年度诺贝尔化学奖授予约翰·B·古迪纳夫(John B. Goodenough)、M·斯坦利·惠廷汉(M. Stanley Whittingham)和吉野彰,以表彰他们在锂离子电池研究领域的成就。

诺贝尔奖官网的一篇文章将三人形容为“他们创造了一个可充电的世界”。三位科学家将共享900万瑞典克朗(约合人民币650万元)的奖金。

现年97岁的古迪纳夫常常被称作“锂电池之父”,多年来被视为诺贝尔奖的有力竞争者。如今,他已超过去年获得物理学奖的阿瑟·阿什金(时年96岁),成为获奖时年龄最大的诺贝尔奖得主。

据诺贝尔奖官网介绍,重量轻、可充电的锂电池现在广泛应用于手机、笔记本电脑和电动汽车等领域,在全球各地为人们通信、工作、学习、听歌和搜索时能用到的设备供电。它还可以储存大量太阳能和风能,使无化石燃料社会成为可能。

单一元素很少成为舞台的主角,但古老的元素锂毫无疑问是今年诺贝尔化学奖的核心。锂的英文是Lithium,来源于希腊文lithos,意为“石头”,但它又是最轻的固体元素,这也使得我们很少感知随身携带的手机的重量。

锂电池的研究始于雾霾和石油带来的危机。在20世纪中叶,世界上的汽油汽车数量显著增加,它们的废气让大城市充满有害烟雾。人们也认识到,石油是一种有限的资源,汽车制造商和石油公司都迫切需要投资于电动汽车和替代能源的研究。1972年,石油巨头埃克森美孚招募了一批研究人员应对该危机,而惠廷汉就是其中之一。

出生在英国、毕业于牛津大学的美国科学家惠廷汉当时致力于开发无化石燃料能源技术。他在研究超导体时发现了一种能量极其丰富的材料,他用这种材料在锂电池中创造了一种新型的正极——由二硫化钛制成,负极则由金属锂制成。这种电压只有两伏多一点的锂电池虽然具有巨大的潜力,但是金属锂可以反应,电池也过于容易爆炸,不方便使用。

美国科学家古迪纳夫则提出可以使用氧化物,而非硫化物制造正极。1980年,他证明嵌入锂离子的氧化钴可以产生高达4伏的电压,实现锂电池发展中的重大突破。

进入1980年代后,随着石油价格的降低,西方国家投资替代能源技术和电动汽车开发的兴趣逐步减弱,但日本的情况则有所不同。各大电子公司迫切需要能够为摄像机、无线电话和电脑等电子产品供电的轻量级可充电电池。旭化成株式会社的吉野彰也注意到了这一点。他后来表示:“我只是嗅到了趋势的发展方向,你可以说我嗅觉很好。”

以古迪纳夫的正极材料为基础,日本科学家吉野彰在1985年创造了第一个可以商业化的锂电池。他没有在负极中使用活性锂,而是使用了石油焦——这是一种碳材料,像正极的氧化钴一样,可以嵌入锂离子。

1991年,索尼生产并应用于电子产品的首批商业化锂电池引发了一场电子革命。首次进入市场以来,锂离子电池已经彻底改变了人类的生活,奠定了无线技术和无化石燃料社会的基础。

从那以后,世界各地的研究人员都想在元素周期表中寻找更好的元素来制造电池,但还没有人成功发明出能击败锂电池的产品。

诺贝尔化学奖

自1901年至2018年,诺贝尔化学奖共颁发了110次。值得一提的是,以遗产设立该奖项,发明了硝化甘油炸药的诺贝尔本人就是瑞典著名化学家。

在过去一个世纪中,物理、生物、生物物理、生物化学等领域的研究成果都曾斩获化学奖,因此诺贝尔化学奖也被戏称为“诺贝尔理综奖”。例如2017年度和2018年度的化学奖分别被三位物理学家和生物学家“抢走”。

在2017年,来自瑞士、美国和英国的三位生物物理学家凭借在冷冻电子显微术领域的贡献而斩获诺贝尔化学奖。2018年的三位得主的贡献分别是酶的定向进化和噬菌体展示,这可以让化学工业变得更环保,也有助于生产新材料、制造可持续生物燃料、缓解人类的病情。

在180位获奖者中,唯一获得过两次诺贝尔化学奖的是英国生物化学家桑格尔(Frederick Sanger)。他在1958年凭借开创蛋白质测序领域,测定胰岛素氨基酸序列而首次获奖,之后在1980年因发明测定DNA序列的方法梅开二度。

根据诺贝尔奖官网统计,到目前为止,最年轻的化学奖得主是时年35岁的法国科学家约里奥-居里。他和妻子,即居里夫人的女儿因为发现人工放射性而共同获得1935年的诺贝尔化学奖。此外,居里夫人也曾因为发现钋和镭获得过1911年的诺贝尔化学奖。

迄今为止,共有三位诺贝尔化学奖得主拿过不止一次诺贝尔奖。除了两次斩获化学奖的桑格尔、获得物理学奖和化学奖的居里夫人以外,美国化学家鲍林(Linus Pauling)则将1954年的化学奖和1962年的和平奖收入囊中。前者的获奖成果是化学键研究,而后者则是为了表彰鲍林在1950年代积极反对把科研成果用于战争,特别是反对核战争。

来源:爱棋牌

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