北京時間10月9日下午17時45分許，瑞典皇家科學院宣布，將2019年諾貝爾化學獎授予約翰·B·古迪納夫（John B. Goodenough），M·斯坦利·威廷漢（M. Stanley Whittingham）和吉野彰（Akira Yoshino），以獎勵他們在鋰離子電池方面做出的卓越貢獻。三位獲獎者將共同分享900萬瑞典克朗的獎金。
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我們早已經生活在一個“可充電的世界”，每個人每一天都在手機和電腦上花費大量的時間，如果沒有鋰電池的誕生，這些都無法想象。
這種重量輕、可充電、功能強大的電池現在被廣泛應用于從手機到筆記本電腦和電動汽車等各個領域。它在全球范圍內用于為便攜式電子設備供電，我們使用這些便攜式電子設備通訊、工作、學習、聽音樂和學習知識。鋰電池還促進了遠程電動汽車的開發以及來自可再生能源（例如太陽能和風能）的能量存儲，使一個無化石燃料的現代社會變成了現實。
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假如沒有鋰電池，你的手機就“炸了”
鋰離子電池的基礎是在上世紀70年代的石油危機期間奠定的。20世紀70年代，美國爆發石油危機，政府意識到對石油進口的過度依賴性，開始大力發展太陽能和風能。但由于太陽能和風能的間歇性特點，最終還是需要可充電電池來儲存這些可再生的清潔能源。
M·斯坦利·威廷漢開始研究超導體，致力于開發可能導致無化石燃料的能源技術的方法。他在紐約起草了鋰電池的初始設計方案，硫化鈦作為電池的陰極材料，電池的陽極部分則由金屬鋰制成。
但金屬鋰是元素周期表上最活潑的元素之一，除了極易燃燒，甚至與最“內向”的氮氣也能發生反應。這樣的特性造成了鋰電池最初在生產組裝過程中的極大困難：稍有不慎泄進了空氣，輕則電池報廢，重則起火燃燒。鋰金屬表面還會形成一些看不見的“小毛刺”——枝晶（Dendrite）。而隨著電池的頻頻使用，這些枝晶會越長越大，最終會刺破電池正負極之間的隔膜，造成短路，最終引起電池自燃。
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約翰·B·古迪納夫預測，如果使用金屬氧化物而不是金屬硫化物制成陰極，則陰極將具有更大的潛力。經過系統的搜索，1980年，到了牛津四年后，他證明了嵌入鋰離子的氧化鈷可以產生多達4伏的電壓。鋰電池鈷氧化物陰極材料成為一項重大的突破。這是世界上第一個可以給大型復雜設備供電的鋰離子電池，質量遠超市場上其他電池。
吉野彰以古迪納夫的陰極材料為基礎，于1985年創建了首個商業上可行的鋰離子電池。他在陽極中使用了石油焦炭，這種碳材料像陰極的氧化鈷一樣可以嵌入鋰離子中。這造就了重量輕，堅固耐用的電池，在其性能下降之前可以充電數百次。這種在鋰電池基礎上發展而來的鋰離子電池，優點在于并非是基于分解電極的化學反應，而是基于鋰離子在陽極和陰極之間來回流動。
自從1991年首次進入市場以來，鋰離子電池就徹底改變了我們的生活。它們奠定了無線、無化石燃料社會的基礎，極大地推動了人類社會的發展。
當之無愧的“鋰離子電池之父”
今年的三位獲獎者之中，最引人矚目的無疑是有史以來年齡最大的諾獎得主——97歲高齡的約翰·B·古迪納夫。此前，這個紀錄由96歲獲得2018年諾貝爾物理學獎的阿瑟·阿什金（Arthur Ashkin）保持。
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電池世界里的傳奇人物古迪納夫出生于1922年7月25日，本科畢業于耶魯大學數學系。畢業后，二戰爆發，他加入了美國空軍，不過沒當成飛行員，而是被派到太平洋的一個海島上收集氣象數據。23歲退役的他，選擇去芝加哥大學讀物理博士，和楊振寧先生做了同學，研究方向是固體物理。到了那里，一名教授警告他，說他年齡已經太大，不太可能在這個領域取得成功。在接下來的日子里，古迪納夫幾乎是身體力行反駁了這一說法，證明了在科研領域這條漫長的道路上，有些人實際上是隨著年歲漸長而變得更有創造力。
古迪納夫后來成為牛津大學無機化學實驗室主任時已經54歲，這一年，他才剛剛把目光轉向了電池。
（圖片來源：uchicago.edu）
待到57歲時，他發現了鈷酸鋰材料，解決了鋰電池初期容易產生枝晶導致爆炸的難題。牛津大學有65歲強制退休的政策，為了繼續從事科研事業，1986年，古迪納夫從牛津大學退休后，受聘于美國德州大學奧斯汀分校機電工程學院擔任終身教授，研發了固體氧化物燃料電池（SOFC）的新型電解質和電極材料，并且對電子從集中變為流動的交互行為物理現象做出了解釋，繼續從事科研直到今天。
75歲時，他又做出了新材料磷酸鐵鋰，從而加快了鋰離子電池的商業化。磷酸鐵鋰是目前安全性最高、充放電性能好、廉價、對環境無污染，具有優異的電池循環壽命、安全性、低自放電（庫存存放壽命非常長），相形之下，傳統鎳氫、鎳鎘電池黯然失色。
壯心不已，不斷前行
雖然名字叫“足夠好（Goodenough）”，但古迪納夫卻永遠不滿足停留于現在，一直朝著更遠的方向不斷前進。中國人常說“人生七十古來稀”，而古迪納夫直到90歲，這位壯心不已的科學家也仍然沒有停下在科研路上創新的腳步，他又將目光瞄準了更安全廉價的全固態電池。
一些同事曾對他能取得成功表示懷疑。但古迪納夫并未因此退卻。“活到這個歲數，我已經明白了不能對新想法存有偏見的道理。要想得到一些新東西，你必須測試所有的可能性。”
古迪納夫94歲的時候，他帶領的研究團隊成功研制了一種使用玻璃態電解質的固態電池，這種新電池使用堿金屬作為陽極，能將原先的液態有機電解質換成一種全新的固態電解質。固態電解質不僅能夠提升原有的儲電性能，還能防止枝晶問題的產生。
在同年接受《紐約時報》的專欄作者佩根·肯尼迪（Pagan Kennedy）采訪時，古迪納夫這樣說道：“我們中有些人就像是烏龜，走得慢，一路掙扎。但這些烏龜必須繼續爬下去。”
他的科研人生從固體物理學起步，后又輾轉化學和材料學領域，作為幫助了鋰電池誕生的人，他將注意力集中在解決污染問題和淘汰石油燃料的使命上，致力于重塑更綠色更高效的電池。“這種貫穿一生的爬行有可能帶來好處，尤其是在你輾轉穿越不同領域，一路收集各種線索的情況下，你得有相當多的經驗，才能把不同的想法融匯在一起。”
97歲高齡的古迪納夫在Nature Electronics上刊文，回顧了可充電鋰離子電池的發明歷史，為電池的未來發展指明了道路。圖為商業鋰離子電池正負極材料的示意圖、主要發明人、發明時間。（圖片來源：知乎）
如今，97歲高齡奪得諾獎的古迪納夫，仍然在科研道路上前進著，他的下一個目標是一種真正能讓電動汽車和內燃機汽車匹敵的超級電池，并希望這種電池可以經濟地存儲風能和太陽能。
沒有人可以肯定古迪納夫還將繼續成功下去，只是他還沒放棄。超級電池的研制確實更難。但古迪納夫認為，每個人都應該不斷地嘗試突破。他指出，在毀滅性的能源危機和環境問題來臨之前，我們還有30年的時間研發新電池并使之商業化。他認為時間足夠了。
當然，古迪納夫很可能解決這個問題。就像他92歲時曾說的那樣：我還有許多的時間。（吉菁菁）