諾貝爾化學獎 研究鋰離子電池造福人類

美英日三傑摘桂冠
10/10/2019
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英國化學家 惠廷漢姆

美國固體物理學家 古迪納夫

日本化學家 吉野彰

2019年諾貝爾化學獎揭盅,由美國固體物理學家古迪納夫(John B. Goodenough)、英國化學家惠廷漢姆(M. Stanley Whittingham)及日本化學家吉野彰(Akira Yoshino)共享殊榮,三人將平分900 萬瑞典克朗(約澳門幣737萬元)獎金。瑞典皇家科學院指,他們的研究推動鋰離子電池的發展,為全人類帶來最大福祉,小至心臟起搏器,大至電動車,以至手機等都靠鋰離子電池推動,令非燃油化社會成為可能。

綜合媒體報道,古迪納夫是美國德州大學奧斯汀分校的機械工程和材料科學教授,被學術界尊稱為「鋰離子電池之父」,如今獲獎,更以97歲高齡刷新諾貝爾獎得主最高齡的紀錄。年事已高的他仍醉心於電池研究,希望能研發出高能量密度、高安全性的固態電池,從而解決人類潛在的能源危機。他說:

「我想在去世前解決這個問題,我才90多歲,還有時間。」來自英國的惠廷漢姆(77 歲)是第一塊鋰離子電池的發明者,現任紐約州立大學旗下賓漢頓大學材料研究所和材料科學與工程項目研究所主管。

吉野彰(71歲)則是現代鋰離子電池(LIB)的發明者,現任日本旭化成公司吉野研究室室長兼名城大學教授。諾貝爾化學獎頒布後,旭化成立即舉辦慶功記者會,吉野彰發表獲獎感言說,已接到來自斯德哥爾摩的電話,對於獲獎非常感激。日本共同社指出,吉野彰是繼去年的京都大學特別教授本庶佑之後,第27 名獲得諾獎的日本人,其中八人獲得了諾貝爾化學獎。

「鋰離子電池三人組」獲獎眾望所歸

今年諾貝爾化學獎是許多人期待已久的結果,甚至認為這項榮耀早該頒給這幾位科學家。早在1970年代石油危機期間,惠廷漢姆就致力開發最終能擺脫燃料的能源技術,並很快開發出二硫化鈦製成、能夠「嵌入」離子的超導體,作為電池的陰極,並使用鋰作為電池陽極,利用鋰的強大動力釋放電子,讓電子在陰陽極間流動,形成一個電壓為兩伏特的電池。然而,金屬鋰的活性太大,電池易爆炸而無法使用,在商業上並不可行。

承繼惠廷漢姆的研究,古迪納夫1980年與日本學者水島公一等人,發現了鈷酸鋰(LiCoO2)是比原先使用的二硫化鈦更適合儲存鋰離子,可令電池產生高達四伏特的電壓,是惠廷漢姆鋰離子電池的兩倍。此時遠在日本的吉野彰,也在絞盡腦汁攻克鋰離子電池難題。他已經找到了合適的陽極材料,但苦於沒有合適的陰極材料,直到他讀到了古迪納夫的論文。

吉野彰回憶說:「他的發現給了我所需要的一切,鈷酸鋰運行良好,能把現有的鋰鎘電池的重量縮減三之一。」吉野彰設計的鋰離子電池以碳基材料為陽極,以鈷酸鋰為陰極,完全去除電池中的金屬鋰,提高了安全性,這一技術範式確立了鋰離子電池的基本概念。為了改進鋰離子電池性能,吉野彰又對鋰離子電池進行了多次技術改良,使其能夠提供更高的電壓。1991年,古迪納夫和吉野彰合作發明的鋰離子電池被索尼公司推向市場,標誌著鋰離子電池的大規模使用,兩人也因此結下了深厚友誼。回顧歷史,吉野彰表示:「電池技術是複雜又困難的學科交叉領域,它的發展需要多方面的專家。在我看來,鋰離子電池是集體智慧的成果。」

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