中國儲能網(wǎng)訊：——2019年諾貝爾化學(xué)獎解讀

甘曉 馮麗妃 高雅麗 程唯珈

從工作到生活，從閱讀到游戲，手機、筆記本電腦等便攜式移動電子設(shè)備的運轉(zhuǎn)，都依賴于鋰電池。這項發(fā)明如同一道光，照亮了人類生活“說走就走”的旅程。

北京時間10月9日下午，2019年諾貝爾化學(xué)獎揭曉。美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校機械工程和材料科學(xué)教授約翰·B·古迪納夫（John B. Goodenough）、美國紐約州立大學(xué)賓厄姆頓大學(xué)特聘教授M·斯坦利·威廷漢（M. Stanley Whittingham）和名古屋明城大學(xué)教授吉野彰（Akira Yoshino）分享了這一獎項，以表彰其在鋰離子電池發(fā)展方面作出的貢獻。

化學(xué)獎夠“化學(xué)”嗎？

近幾年，諾貝爾化學(xué)獎經(jīng)常被戲稱為“理綜獎”。今年花落鋰電池，應(yīng)該算是夠“化學(xué)”的一次頒獎了。

中國科學(xué)院院士、南開大學(xué)副校長陳軍說：“這次獲獎可以說是眾望所歸。鋰離子電池研究屬于化學(xué)領(lǐng)域，三位科學(xué)家圍繞材料化學(xué)的科學(xué)問題開展工作。化學(xué)獎頒給鋰離子電池研發(fā)者，將極大推動化學(xué)學(xué)科和相關(guān)交叉學(xué)科的發(fā)展。”

其實，這次獲獎的原創(chuàng)成果要追溯到20世紀70年代，他們?nèi)齻€人開創(chuàng)了鋰離子電池從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化的路徑。

古迪納夫和威廷漢都在鋰離子電池正極材料方面做過基礎(chǔ)研究。威廷漢指出二硫化鈦（TiS2）是能作為正極的新一代固體材料，古迪納夫及其團隊表明鈷酸鋰（LiCoO2）能成為鋰電池的正極材料，而吉野彰與其同事則使用聚乙炔（polyacetylene）作為鋰離子電池負極材料，并取得了成功。1985年，吉野彰利用鈷酸鋰和聚乙炔分別作為正極和負極，制造出了第一塊現(xiàn)代鋰離子電池，并于1991年投入市場應(yīng)用。

“事實上，5年前我就在想，鋰離子電池應(yīng)該獲獎了。它從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)，對現(xiàn)代人類社會的信息化、移動化、智能化都起了很大的作用。”陳軍說。

“足夠好”有多好？

古迪納夫以97歲的高齡，成為了年紀最大的諾獎獲得者。由于自己的英文名字，他在中國被大家親切地稱為“足夠好”先生。不過大家好奇的是，“足夠好”先生“好”在哪里？

中科院化學(xué)研究所研究員辛森于2015年8月中旬赴得州大學(xué)奧斯汀分校，今年5月回國，期間一直在古迪納夫的實驗室做博士后。“我們的每一篇文章都是他親手改的，我還有他的手稿。改完之后，他會決定投哪個雜志，會給你建議，但最終他會聽取你的意見。他是思想開明的導(dǎo)師。”

“我們組的研究特征是偏實用化，但仍以基礎(chǔ)研究為主。古迪納夫平時只要沒事，就會出現(xiàn)在辦公室。”辛森說。

在辛森的印象中，大家可以隨時找古迪納夫聊天，每個跟他相處的人都會覺得非常愉快。

“他對博士后沒有特別多的要求，就是希望大家把日子過好、把學(xué)業(yè)做好。”辛森說。

2008年，第十四屆國際鋰電池會議在天津舉辦，剛回國不久的陳軍作為大會秘書，負責(zé)接待威廷漢。在他的印象中，威廷漢為人和藹，喜歡中國美食，愛吃咕咾肉；在學(xué)術(shù)上，他對鋰電池有無窮的興趣。

“我在日本時，曾做過二硫化鉬（MoS2）儲氫的研究，回國后開展TiS2儲鎂研究。當(dāng)我跟他提起TiS2，威廷漢眼睛一亮，跟我說了很多當(dāng)初儲鋰的相關(guān)科研內(nèi)容，還跟我談了TiS2作為正極固體材料沒有產(chǎn)業(yè)化的原因。”陳軍說。

中國航天科技集團上海空間電源研究所研究員、副總工程師湯衛(wèi)平與吉野彰的交流相對較多。這位打眼看上去并不起眼的老人，對研發(fā)工作經(jīng)常說的一句話就是，“思路要柔軟，工作要執(zhí)著”。

2017年，吉野彰來上海參加一次學(xué)術(shù)會議，感慨中國車用鋰電池發(fā)展之迅猛。同時，他表示：“盡管技術(shù)千變?nèi)f化，但與之相對應(yīng)的科學(xué)研究并非一日之功，在快慢之間尋求平衡與突破才是科技的真正要義。”

“我想，除了他們的智慧外，執(zhí)著是三位身上都具備的品質(zhì)。古迪納夫今年97歲，吉野彰今年71歲，都還堅持在科研第一線。”湯衛(wèi)平說。

未來路在何方？

這次諾貝爾化學(xué)獎花落鋰電池，無異于為相關(guān)的研究人員打了一針“強心劑”。

陳軍說：“鋰電池的基礎(chǔ)研究，國際上公認美國領(lǐng)先，日本產(chǎn)業(yè)化做得最好。這些年中國培養(yǎng)了一批從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的人才，整體水平也步入國際先進行列。”

武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院教授曹余良認為，我國鋰電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模世界最大，未來中國鋰離子發(fā)展的重點應(yīng)是如何把技術(shù)做得更好、產(chǎn)業(yè)做得更完善。

陳軍表示，鋰電池的研究核心是正極、負極材料以及隔膜，它正朝著高容量、金屬化、固態(tài)化等方向發(fā)展。

辛森說：“當(dāng)前，鋰電池能量密度要不斷往上做，相當(dāng)于在有限的空間內(nèi)塞入更多的鋰離子。但是，金屬鋰是堿金屬，本身化學(xué)性質(zhì)很活潑，肯定會帶來一些安全上的不確定性。怎么去穩(wěn)定正極和負極的化學(xué)安全性，這是鋰離子電池未來要解決的一個重點。”

辛森表示，鋰屬于稀有金屬資源，并不具備資源優(yōu)勢，因此除了鋰電池之外，還應(yīng)當(dāng)做一些其他電池資源的開發(fā)，比如鈉離子電池。

“客觀來講，鋰電池性能還沒有達到電動汽車和大規(guī)模儲能的要求。呼喚新的材料與體系，這也是下一步以及未來十年國內(nèi)追趕的方向。”陳軍說。