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2019年諾貝爾化學獎得主公布 鋰電池終獲諾獎

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時間:2019/10/10 9:06:12來源:今日頭條 作者: 點擊:1427次
  

北京時間2019109日,2019年諾貝爾化學獎獲獎授予日本化學家吉野彰、美國固體物理學家約翰·B·古迪納夫、英國化學家史丹利·惠廷厄姆,以表彰他們對鋰離子電池研究的貢獻。

三位的獲獎理由是:為鋰電池的發展所作的貢獻。

古迪納夫首先發現了鈷酸鋰作為合適的陰極材料,后續又發現了錳基尖晶石和磷酸鐵。吉野彰在確立鋰離子電池的基本框架后,后續不斷改進其性能與安全性。

1979年,古迪納夫發現鈷酸鋰適合作為陰極材料,降低了已存離子電池(由金屬鋰做陰極材料)的安全隱患。吉野彰采用了這一發現,先是以聚乙炔后以碳基材料為陽極,在電池中消除金屬鋰,使用含鋰化合物,確立了現代離子電池的基本框架。1991年,索尼公司將兩人合作研發的鋰離子電池推向市場,標志著鋰離子電池進入廣泛應用。如今離子電池被廣泛應用到移動電子設備、電動車、太陽能領域。而吉野彰也憑借在鋰離子電池領域的成就,成為第8位獲得諾貝爾化學獎的日本科學家,同時也是第24位獲得自然科學類諾貝爾獎的日本科學家(含兩位美籍)。

-獲獎人簡介-

約翰·班寧斯特·古迪納夫

1922725日,古迪納夫教授在德國出生,現年97歲。1943年,他在耶魯大學獲得數學系學士學位。二戰之后,古迪納夫于1952年在芝加哥大學獲得物理學博士學位。19521976年,古迪納夫在MIT的林肯實驗室工作,主要進行關于內存的材料物理研究。1976年,古迪納夫進入牛津大學任教授并作為無機化學研究負責人。1986年起,古迪納夫在德州大學奧斯丁分校擔任教授,繼續從事能源材料的研究。

吉野彰

1948130日,吉野彰教授出生于日本大阪,現年71歲。吉野教授于1970年從京都大學工學部石油化學科畢業,1972年獲工學碩士學位,2005年獲大阪大學工學博士學位。1972年,吉野彰進入旭化成工業株式會社,1994年擔任AT&T技術開發部長,1997年擔任旭化成工業株式會社離子二次電池事業推進室室長。2005年至今,吉野教授擔任旭化成工業株式會社吉野研究室室長。

惠廷漢

Whittingham 教授現就任于東北化學能源儲存中心(NECCES),美國賓厄姆頓大學能源前沿研究中心(EFRC)。他與 John B. Goodenough 在鋰電領域取得開拓性研究,2015 年被湯森路透預測為諾貝爾化學獎的候選人。

Whittingham 教授于 1971 年獲得 ECS 電化學學會頒發的青年學者獎,2004 年獲得 ECS 電化學學會頒發的電池研究獎,并因其對鋰電池科學和技術的貢獻而于 2006 年當選為 ECS 電化學學會成員。

-獲獎人傳奇-

古迪納夫的一生充滿了傳奇色彩。他既是著作等身的科學家,也是虔誠的基督徒。他是舉世公認的鋰離子電池之父“,卻幾乎沒有從發明中獲得利益。他在年輕時酷愛文學與哲學,但最終誤打誤撞以優異成績從耶魯大學數學系畢業。

正當古迪納夫打算攻讀物理學時,二戰爆發了,古迪納夫加入軍隊,以氣象專家的身份為航空部隊服務。戰爭結束后,他決定繼續攻讀物理學。盡管有教授認為以他的年齡,很難在物理學領域有所建樹,但古迪納夫沒有氣餒。獲得固態物理博士學位后,他進入林肯實驗室工作。在那里,他發現了鐵氧體磁芯的電流重合記憶功能——電子計算機內存技術的基礎。

在林肯實驗室工作期間,古迪納夫接觸到了一些能源材料,研究了鋰離子的移動。當時正趕上美國受到阿拉伯國家石油禁運的影響,能源問題日益突出。古迪納夫決定投身鋰電池的研究,機緣巧合下,來到牛津大學擔任無機化學教授。

看樣子,古迪納夫似乎又晚到一步:可充電鋰電池已經被英國化學家懷廷漢姆發明。但這種電池容易在充放電過程中起火爆炸,難以推廣應用。古迪納夫堅信自己能發明更高效、更安全的鋰離子電池。經過反復實驗計算,他發現鈷酸鋰是比原先使用的硫化鈦更適合儲存離子。

地球的另一端,吉野彰也在絞盡腦汁攻克離子電池難題。他已經找到了合適的陽極材料,但苦于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:“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分之一。”

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。這一技術范式確立了鋰離子電池的基本概念。為了改進離子電池性能,吉野彰又對鋰離子電池進行了多次技術改良,例如采用鋁箔做集流體,用聚乙烯薄膜做離子隔膜,對鋰離子電池的電解質改進,使其能夠提供更高的電壓。

1991年,兩人合作發明的鋰離子電池被索尼公司推向市場,標志著鋰離子電池的大規模使用。兩人也因此結下了深厚友誼。此后,吉野彰每年都會去德州拜訪古迪納夫。回顧歷史,吉野彰表示:“電池技術是復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。”

97歲高齡的古迪納夫仍然在繼續從事能源方面的研究。古迪納夫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,我才九十多歲,還有時間。”

關于諾貝爾獎

18951127日,瑞典著名化學家、硝化甘油炸藥發明人阿爾弗雷德•伯恩哈德•諾貝爾(Alfred Bernhard Nobel)簽署了他最后的遺囑,將財產中的最大一份給了一系列獎項,即諾貝爾獎。諾貝爾獎分設物理、化學、生理學或醫學、文學、和平和經濟學六個獎項。

諾貝爾獎的獎金來自諾貝爾所成立基金的利息或投資收益。隨著諾貝爾基金的收益變化,諾貝爾獎的獎金有所浮動。

2001年至2011年的單項獎金為1000萬瑞典克朗,2012年至2016年因基金收益下降,獎金下調為800萬瑞典克朗。2017年,基金財務狀況好轉,獎金改為900萬瑞典克朗。

今年各項獎金將為900萬瑞典克朗(約合人民幣654萬元),若多人獲獎將由得獎者平分獎金,按規定最多得獎人數為三人。一般只發給個人,但和平獎例外,也可以授予機構。

作為每年最受關注的評獎活動之一,諾獎各階段的評議和表決都是秘密進行的。其中,物理獎和化學獎由瑞典皇家科學院評定,生理或醫學獎由瑞典皇家卡羅林醫學院評定,文學獎由瑞典文學院評定,和平獎由挪威議會選出。經濟學獎委托瑞典皇家科學院評定。每個授獎單位設有一個由5人組成的委員會負責評選工作,任期為三年一屆。

關于諾貝爾化學獎

諾貝爾化學獎首次頒發是在1901年,獲獎者是荷蘭化學家雅各布斯•亨里克斯•托夫,表彰其在發現溶液中的化學動力學法則和滲透壓規律以及對立體化學和化學平衡理論作出的貢獻。諾貝爾化學獎的獲得者還包括盧瑟福、居里夫人等科學家。當年頒發的還有諾貝爾物理學獎、生理學或醫學獎、文學獎與和平獎。

1901年至2018年,諾貝爾化學獎共頒布了110次。期間191619171919192419331940194119428年沒有頒發。

1901年至2018年,共有181位諾貝爾化學獎獲得者,其中弗雷德里克•桑格(Frederick Sanger)(1918813-20131119日)是唯一位獲得過兩次諾貝爾化學獎的人,分別在1958年和1980年。這也意味著,實際上獲得諾貝爾化學獎的人數是180人。

在被頒出的110次諾貝爾化學獎中,有63次只頒給了一位獲獎者,23次同時頒給兩人,24次同時頒給三人。2018年度的諾貝爾化學獎授予美國科學家弗朗西斯•阿諾德(Frances H. Arnold)、美國科學家喬治•史密斯(George P. Smith)和英國科學家喬治•保羅•溫特(Gregory P. Winter),以表彰他們在“酶的定向進化”,以及“多肽與抗體的噬菌體展示技術”領域的貢獻。2017年的諾貝爾化學獎頒給了雅克•波什(Jacques Dubochet)、約阿基姆•蘭克(Joachim Frank)和理查德•亨德森(Richard Henderson),以表彰他們發展了冷凍電子顯微鏡技術。

歷史上共有5名女性獲得過諾貝爾化學獎。1911年,瑪麗•居里獲諾貝爾化學獎。1935年,伊雷娜•約里奧-居里和丈夫弗雷德里克•約里奧-居里一同獲獎。1964年,英國生物化學家多蘿西•瑪麗•霍奇金獲獎。2009年,以色列科學家阿達•約納特和另外兩人一同獲獎。2018年,美國科學家弗朗西斯•阿諾德和另外兩人一同獲獎。


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