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化学诺奖解读:锂离子电池,“足够好”!

2019-10-09 23:55:16     来源:中国新闻网     作者:张林峰

化学诺奖解读锂离子电池,“足够好”!

从工作到生活,从阅读到游戏,手机、笔记本电脑等便携式移动电子设备的运转,都依赖于锂电池。这项发明如同一道光,照亮了人类生活“说走就走”的旅程。

北京时间10月9日下午,2019年诺贝尔化学奖揭晓。美国得克萨斯大学奥斯汀分校机械工程和材料科学教授约翰•B•古迪纳夫(John B. Goodenough)、美国纽约州立大学宾厄姆顿大学特聘教授M•斯坦利•威廷汉(M. Stanley Whittingham)和名古屋明治大学教授吉野彰(Akira Yoshino)分享了这一奖项,以表彰其在锂离子电池的发展方面作出的贡献。

化学奖够化学吗?

近几年,诺贝尔化学奖经常被戏称为“理综奖”,今年的锂电池,应该算是够“化学”的一次颁奖了。

中国科学院院士、南开大学副校长陈军说:“这次获奖可以说是众望所归。锂离子电池研究属于化学领域,三位科学家围绕材料化学的科学问题开展工作。化学奖颁给锂离子电池,将极大推动化学学科和相关交叉学科的发展。”

其实,这次获奖的原创成果要追溯到20世纪70年代,他们三个人开创了锂离子电池从基础研究到产业化的路径。

古迪纳夫和威廷汉都在锂离子电池正极材料方面做了基础研究。威廷汉指出二硫化钛是能作为正极的新一代固体材料,古迪纳夫及团队表明钴酸锂(LiCoO2)能成为锂电池的正极材料;而吉野彰与其同事则使用聚乙炔(polyacetylene)作为锂离子电池负极材料,并取得了成功。1985年,吉野彰利用钴酸锂和聚乙炔分别作为正极和负极,制造出了第一块现代锂离子电池,并于1991年投入市场应用。

“事实上,5年前我就在想,锂离子电池应该获奖了。它从基础研究到产业,对现代人类社会的信息化、移动化、智能化都起了很大的作用。”陈军说。

“足够好”有多好?

古迪纳夫以97岁的高龄,成为了年纪最大的诺奖获得者。由于自己的英文名字,他在中国被大家亲切地称为“足够好”先生。不过大家好奇的是,“足够好”先生“好”在哪里?

中科院化学研究所研究员辛森于2015年8月中旬到得州大学奥斯汀分校,今年5月回国,期间一直在古迪纳夫的实验室做博士后。“我们的每一篇文章都是他亲手改的。我还有他的手稿,改完之后,他会决定投哪个杂志,会给你建议,但最终他会听取你的意见。他是思想开明的导师。”

“我们组的研究特征是偏实用化,但仍以基础研究为主。古迪纳夫平时只要没事,就会出现在办公室。”辛森说。

在辛森的印象中,大家可以随时找古迪纳夫聊天,每个跟他相处的人都会觉得非常愉快。

“他对博士后也没有特别多的要求,就是希望大家把日子过好、把学业做好。”辛森说。

2008年,第十四届国际锂电池会议在天津举办,刚回国不久的陈军作为大会秘书,负责接待威廷汉。在他的印象中,威廷汉为人和蔼,喜欢中国美食,爱吃咕咾肉;在学术上,他对锂电池有无穷的兴趣。

“我在日本时,曾做过MoS2储氢的研究,回国后开展TiS2储镁研究。当我跟他提起TiS2,威廷汉眼睛一亮,跟我说了很多当初储锂的相关科研内容,还跟我谈到了为什么TiS2作为正极固体材料没有产业化的原因。”陈军说。

中国航天科技集团上海空间电源研究所研究员、副总工程师汤卫平与吉野彰的交流相对较多。这位打眼看上去并不很显眼的老人,对研发工作经常说的一句话就是:“思路要柔软,工作要执着”。

2017年,吉野彰来上海参加一次学术会议,感慨中国车用锂电池发展之迅猛。同时,他还表示:“尽管技术千变万化,但与之相对应的科学研究并非一日之功,在快慢之间寻求平衡与突破才是科技的真正要义。”

“我想,除了他们的智慧外,执着是三位身上都具备的品质。古迪纳夫今年97岁,吉野彰今年71岁,都还坚持在科研第一线。”汤卫平说。

未来,路在何方?

这次诺贝尔化学奖颁发给锂电池,无异于为相关的研究人员打了一剂“强心针”。

陈军说:“锂电池的基础研究,国际上公认是美国领先,日本产业化做得最好。这些年中国培养了一批从基础研究到产业化开发的人才队伍,整体水平也步入国际先进行列。”

武汉大学化学与分子科学学院教授曹余良认为,我国锂电池产业规模世界最大,未来中国锂离子发展的重点应是如何把技术做得更好、产业做得更加完善。

陈军表示,锂电池的研究核心是正极、负极材料以及膈膜,它正朝着高容量、金属化、固态化等方向发展。

辛森说:“当前,锂电池能量密度要不断往上做,就相当于在相当有限的空间内塞入更多的锂离子。但是,金属锂是碱金属,本身化学性质很活泼,肯定会带来一些安全上的不确定性。怎么去稳定正极和负极的化学安全性,这是锂离子电池未来要做的一个重点。”

辛森表示,锂属于稀土资源,并不具备资源优势,因此除了锂电池之外,还应当做一些其他电池资源的开发,比如钠离子电池。

“客观来讲,锂电池性能还没有达到电动汽车和大规模储能的要求。呼唤新的材料与体系,这也是下一步以及未来十年国内追赶的方向。”陈军说。

 

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