車東西10月9日消息，瑞典皇家科學院今天下午宣布，2019年諾貝爾化學獎授予約翰·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，以表彰他們在開發鋰離子電池方面作出的杰出貢獻。

　　威廷漢曾用二硫化鈦作為鋰電池陰極材料，古迪納夫于1980年證明嵌入鋰離子電池的氧化鈷可產生4伏電壓，成為鋰電池歷史上的重大技術突破。1985年，吉野彰以古迪納夫發現的陰極材料為基礎推出首個可商用的鋰電池。

　　事實上，今年97歲高齡的古迪納夫也是公認的“鋰電池之父”，可以說，沒有他就沒有鋰電池，沒有今天的手機和電腦，更沒有正在蓬勃發展的電動汽車了。

　　▲John B. Goodenough

　　值得注意的是，古迪納夫雖然已經97歲高齡，但目前仍然活躍在學術一線，每天都會去自己所在的美國德克薩斯大學奧斯汀分校實驗室工作，最近的研究項目為電池領域最前沿的固態電池技術——并且希望徹底改變電動汽車的使用前景。

　　2017年夏天，古迪納夫就與幾位專家一道在《能源與環境科學》期刊上發布論文，宣布其已經研發出了具備高能量密度、快速充電和長壽命的全固態電池原型。

　　古迪納夫當時講道，“成本、安全性、能量密度、充放電速率、循環壽命等參數，對于電動汽車的普及至關重要。我相信我們的發現，將解決現有電池的很多問題。”

　　一、2019年諾貝爾化學獎授予鋰電池 三位奠基者獲獎

　　今天下午5點45分左右，瑞典皇家科學院揭曉了諾貝爾獎2019年自然科學類最后一個獎項——諾貝爾化學獎。

　　2019年諾貝爾化學獎被授予約翰·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。

　　▲諾貝爾獎官網公布化學獎得主

　　鋰電池基于鋰離子在陽極和陰極之間流動來產生電流，現任紐約州立大學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。

　　美國德克薩斯大學奧斯汀分校教授的古迪納夫曾預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生多達4伏的電壓，由此為制造更強大的電池奠定了技術基礎。

　　1985年，日本化學家、現任名城大學教授吉野彰在古迪納夫鋰電池陰極的基礎上，推出了首個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性鋰，而是采用了石油焦炭作為材料。

　　在三位科學家中，最引人矚目的就是被稱為“鋰電池之父”的古迪納夫。

　　如果用學術化的方式來講，那就是古迪納夫開發了鋰離子可充電電池，同時他發現了古迪納夫—金森法則，這項法則可被用于確定超交換（superexchange)材料磁性符號。

　　正是因為古迪納夫在鋰電池領域的這種貢獻，古迪納夫也被選為美國國家工程院、美國國家科學院、法國科學院、西班牙皇家學會和英國皇家學會院士，在學術界聲名顯赫。

　　據了解，1901至2018年間，諾貝爾化學獎共頒布了110次，共有181位諾貝爾化學獎獲得者，今天之后諾貝爾化學獎的名單將增加到184位。在這184位獲獎者中，古迪納夫目前是年齡最高的一位。

　　事實上，早在本屆諾貝爾化學獎公布之前，就有一些媒體和科學家預計古迪納夫將會得獎，最終事實果真如此。

　　據報道，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數學學士學位。二戰后古迪納夫選擇繼續攻讀博士，并在1952年從芝加哥大學畢業。

　　二、97歲高齡仍堅持工作 最新成果是固態電池

　　古迪納夫是科研圈的“工作狂”，據媒體報道，即便是在90多歲高齡，他也會在工作日早上7點左右開始工作，周末時繼續在家工作一天半。

　　現階段，其研究的重點是鋰電池的前沿領域——固態電池。

　　2017年，德克薩斯大學奧斯汀分校官網發布報道，宣布古迪納夫帶領的工程師團隊，研發出了全球首個全固態電解質鋰電池，具備更安全、更快的充電速率、更長的使用壽命等特性，在全球引起廣泛關注。

　　古迪納夫和團隊中的Maria Helena Brag等學者在《能源與環境科學》期刊上撰寫了一篇論文介紹了這一固態電池。

　　▲德克薩斯大學奧斯汀分校官網報道宣布古迪納夫團隊研發出全固態電解質鋰電池

　　古迪納夫團隊表示，這一固態電池的能量密度至少是傳統鋰電池能量密度的三倍（也就是說，同樣重量的電池，固態電池得帶電量是傳統電池的三倍，堪稱是超級電池了），同時還具備充放電壽命長、充電速度快的特性。按照德州大學奧斯汀分校官網的說法，其充電速度是按照分鐘而不是傳統鋰電池的小時來計算。

　　據了解，傳統鋰電池陰極和陽極之間使用的是液態電解質，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），穿過電解質造成短路，進而引發火災或者爆炸。

　　在研究中，古迪納夫團隊用一種玻璃電解質代替了傳統的液態電解質。這種電解質可以使用堿金屬作為電極，并且不會出現枝晶的情況。

　　正是有了堿金屬作為電極（傳統電池無法使用），不僅提升了固態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，由于這個玻璃電解質在零下20度的環境下仍然具有較高的導電性能，因此搭載這一電解質的固態電池可以讓電動汽車在零度以下的環境下仍然能正常工作，最低可達零下60度。

　　而搭載普通液態電解質的鋰電池，在極低溫環境下，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溫度控制系統對其進行加熱。

　　需要指出的是，古迪納夫尤其重視該技術在電動汽車領域的應用。在發表論文時他明確講道，“成本、安全性、能量密度、充放電速率、循環壽命等參數，對于電動汽車的普及至關重要。我相信我們的發現，將解決現有電池的很多問題。”

　　在這一研發過程中，一位名為Maria Helena Brag的學者也發揮了重要作用。

　　▲Maria Helena Brag

　　據了解，Maria Helena Brag在葡萄牙波爾圖大學工作時就開始研究固態電解質。2015年時，她開始跟古迪納夫以及Andrew J. Murchison兩位德克薩斯大學奧斯汀分校的專家進行合作。

　　Maria Helena Brag強調，正是古迪納夫對固態玻璃電解質的組成和性質的深入了解，才讓其可以應用在電池領域。與此同時，德克薩斯大學奧斯汀分校技術商業化辦公室也對該技術申請了專利。

　　此外，這種玻璃電解質還簡化了電池制造流程，并允許使用鈉來代替鋰離子進而解決了原料供給問題。

　　德克薩斯大學奧斯汀分校在這份報道中指出，古迪納夫計劃繼續進行電池研究，之后古迪納夫和他的團隊還希望能跟電池制造商合作，為電動車、能源存儲裝置研發新型電池，對于電動汽車制造商來說這都是一個相當不錯的消息。

　　結語：電動汽車的新希望

　　眼下的電動汽車產業雖然正在迅速發展，但電池技術仍然處于一個比較尷尬的底部，能量密度較低導致續航里程短，同時充電速度也不及燃油車加油那么快。

　　電動汽車想要進一步發展，電池是要解決的一個核心問題。

　　正因為如此，寶馬、大眾、特斯拉等一系列大型車企都在研究固態電池技術，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電池領域，正說明這一方向是解決電動汽車里程焦慮的正確途徑，并且迎來了大量頂尖專家學者的關注。

　　相信用不了多久，固態電池就會讓電動汽車具備取代燃油車的實力。