▲今年的诺贝尔化学奖得主John Goodenough教授（左）、Stanley Whittingham教授（中），以及吉野彰博士（右）

北京时间10月9日下午5点45分，2019年诺贝尔奖的最后一个自然科学类奖项揭晓——美国化学家约翰·古德伊纳夫（John Goodenough）、斯坦利·惠廷厄姆（Stanley Whittingham）以及日本化学家吉野彰（Akira Yoshino）因在锂电池发明道路上所做的奠基性贡献，荣获今年的诺贝尔化学奖。

在过去的几十年里，只有屈指可数的发明彻底改变了整个世界，其中就有锂电池的一席之地。举个简单的例子，如果没有锂电池，你现在就无法通过手头的这款设备读到这条新闻。

电池：时代一度的弃儿

锂电池是怎么诞生的呢？这还要从1960年代说起。当时，电池并不是什么新鲜玩意儿。大家早就知道电池需要有两个电极，电极之间需要有电解质，让离子移动。电池的两个电极分别叫做阴极和阳极。在电池放电时，带正电的离子会从阳极跑到阴极，产生电流。

可想而知，用于两个电极与电解质的材料，决定了电池的性能。为了改造电池，科学家们需要尝试各种不同的材料。这看上去是一件枯燥的事，也没有多少人愿意投身其中。

▲推出T型车的福特公司，在无意中激起了研究电池的热潮

然而1966年，福特公司彻底改变了这个情况。在推出了著名的T型车后，福特公司决定投资电力驱动的汽车。为了提供车辆行驶的能源，福特公司计划开发一种新的电池，储存的能量要是原先的15倍之多。按设想，这种新电池每次只需要充电1小时，就能驾驶322公里，听起来非常吸引人。

从现在看，福特公司的豪言并没有真正兑现。但这却在当时激起了一股研究电池的热潮。“一瞬间，所有的事情都改变了，电池不再是枯燥乏味的领域”，Goodenough教授回忆说。这股对电池的狂热一直持续到了70年代：在石油危机的影响下，人们越发相信，电力驱动才是未来。

锂电池的诞生

而锂电池就是人们提出的新型电池之一。当时任职于Exxon公司的Whittingham博士造出了锂电池的雏形。他指出，二硫化钛与锂有望成为一种全新的电池系统。这两者之间的电化学反应非常迅速，且在环境温度下是可逆的。这表明我们可以给这种电池充电。在1976年的一篇《科学》论文中，Whittingham博士指出二硫化钛是能作为阴极的新一代固体材料。

▲短短两页论文，带来了锂电池的雏形

但锂电池的雏形并没有得到广泛应用，这背后有着多种原因。首先，二硫化钛太贵了（当时售价每公斤1000美元），不适合作为电池的材料。其次，在与空气接触后，二硫化钛也会产生硫化氢。这种分子不仅具有恶臭气味，还对动物有毒性。此外，金属锂制成的电极非常活泼，容易带来起火或爆炸等安全隐患。考虑再三，Exxon公司决定放弃这款锂电池的研发计划。

但其他科学家们并没有放弃此类新型电池。既然问题出在电极的材料上，或许替换电极就能解决问题。1980年，Goodenough教授的团队做出突破。他们发现锂的金属氧化物或许能成为锂电池的电极。一方面，它依然能释放锂离子；另一方面，它更为稳定，没有安全隐患。在当年的《Materials Research Bulletin》杂志上，他的团队表明钴酸锂（LiCoO2）能成为锂电池的阴极材料。时至今日，我们依旧在使用这种材料制造锂电池。

▲锂电池的结构示意图

而电池另一极的研发则稍微遇到了些曲折。同样是在1980年，一些科学家指出，石墨或许能成为锂电池的阳极材料。然而电池中的一些可溶分子会插入到石墨的碳结构中，造成破坏。而吉野彰博士与其同事则使用聚乙炔（polyacetylene）作为阳极材料，一举取得了成功。1985年，利用钴酸锂和聚乙炔，吉野彰博士制造出了第一块现代锂电池。1991年，索尼与旭化成株式会社共同推出了第一块商业化的锂电池。一个崭新的时代到来了。

自那时起，这三人就一直被视为诺贝尔化学奖的有力竞争者，却屡屡与获奖无缘。如今，距离这些科学家们的创新发明，已经过去了30多年。而今日授予他们的诺贝尔化学奖，也是对他们为这世界所作重大改变的最佳认可！

编辑：李晨琰
责任编辑：姜澎

来源：药明康德