本文刊載於《三聯生活週刊》2019年第42期，原文標題《化學獎：移動互聯時代的奠基人》，嚴禁私自轉載，侵權必究

這三位科學家可以說是移動互聯時代的奠基人，他們的發明使很多輕巧的便攜式電子設備成為可能，也改變了人類存儲能量的方式。

主筆/苗千

97歲的約翰·古迪納夫也成為獲獎時年齡最長的諾貝爾獎得主

2019年諾貝爾化學獎被授予三位在發明鋰離子電池過程中做出重要貢獻的科學家：約翰·古迪納夫（John Goodenough）、斯坦利·威廷漢（Stanley Whittingham）與吉野彰（Akira Yoshino）。這三位科學家的科研成果的重要意義幾乎已經人盡皆知而無需多說——正如諾貝爾委員會成員戈蘭·漢森（G?ran Hansson）教授的介紹，他們創造了一個可充電的世界。

鋰離子電池的出現，受到了此前國際形勢的影響，也受到了新興產業的推動，但最關鍵的是幾位科學家數年來堅持不懈的努力嘗試，才發明了這種可靠高效的儲存能量的新方式。在鋰離子電池出現以前，人類只有兩種電池產品，一種是由法國物理學家雷蒙德－路易斯·普蘭特（Raymond-Louis Planté）在1859年發明的鉛電池，一種是在20世紀早期出現的可充電鎳鎘電池。這兩種電池相對體形巨大，所能提供的能量也無法與石油所能提供的能量相提並論。

但石油能源遠非完美。從20世紀中期開始，消耗汽油的汽車開始大量出現，造成巨大的環境汙染。另一方面，這種化石燃料屬於有限的資源，總有一天會被消耗光。20世紀70年代出現的石油危機讓很多石油公司開始著眼於新的能源技術，尋求在未來可以代替石油為汽車提供能量的新方法。

在這樣的背景下，斯坦福大學的固態物理學家威廷漢在1972年加入了埃克森公司，進行新能源技術研究。他首先從超導材料入手，研究不同材料在不同條件下導電性能的變化。結果他意外地發現，二硫化鉭是一種極為出色的電池材料，能夠儲存大量電能，可以為未來的電動汽車提供能量。但問題是鉭材料製成的電池太重，實際應用受到的限制太多。

威廷漢開始嘗試尋找一種新的替代材料，他發現了性質相似的鋰。鋰元素是在1817年由瑞典化學家約翰·阿韋德松（Johan Arfwedson）發現的。這種在元素週期表上排名第三的世界上最輕的固態元素，此前很少會進入發明家的視野，原因就在於鋰的性質太過於活潑，在空氣中即使是與水接觸都會發生燃燒或爆炸。科學家在研究鋰的時候經常發生火災，只能把它儲存在油裡，與空氣隔絕。

威廷漢使用鋰金屬做陽極，使用二硫化鈦做陰極，製造出了電池原型。這樣的電池能量密度大，而且可以反覆充電，但是缺點也很明顯：製造成本高，而且安全性能差，非常容易在導電時產生微小的火花而發生爆炸。為了讓電池更加安全，研究者在鋰電極中加入金屬鋁，並且更換了電解液的材料。時至1976年，威廷漢首次展示了一個可以產生2.5伏電壓的鋰電池。這種電池在1976年開始小規模生產，提供給瑞士的一家手錶廠。威廷漢本來打算在此基礎上進一步研究出性能更出色的電池，為未來的電動汽車提供能量，但是到了20世紀80年代，石油價格又開始大幅下降，他在埃克森公司的研究工作被打斷了。

美國化學家斯坦利·威廷漢，三位獲獎人之一

鋰電池的研究並未因此終止。在20世紀70年代和80年代初期，當時在牛津大學工作的化學家古迪納夫利用層疊結構的金屬氧化物取代金屬硫化物來儲存鋰離子，使用鋰鈷氧化物作為陰極材料製造出可充電電池。這個改進極大地提高了電池的能量密度。到了1980年，古迪納夫展示出的電池可以達到4伏電壓，所提供的能量幾乎達到原來鋰電池能量的兩倍。

在日本，一個新產業的出現進一步刺激了電池技術的發展。1979年，SONY公司的著名產品“Walkman”出現了。從20世紀80年代開始，一些日本公司開始研究新型電子產品，如錄像機、無線電話、電腦等，而新產品都需要新型的可充電電池為它們提供能量。在這個新需求的激勵之下，日本研究者開始尋找能夠讓電器變得更小的方法。

日本化學家吉野彰開始嘗試新的電池材料。他從鋰金屬改用更安全的鋰離子，並且開創性地使用了一種石油工業的副產品——含碳的石油焦材料——做電池陽極。這種輕型鋰電池可以被充電幾百次。這個改進極大地提高了電池的安全性，使鋰離子電池的商業化成為可能。吉野彰在1983年首次開發出可充電鋰離子電池的原型，而真正改變了人們生活方式的鋰離子電池最終在1991年進入市場。

在這種新型電池出現之後，移動電話、電腦、MP3播放器等電子產品的尺寸都開始不斷縮小，移動互聯時代成為了可能。從那之後，研究者們開始尋找更好的電池材料，希望開發出下一代更加安全、電量更充足的新型電池，但是至今也沒有找到比鋰離子更適合用作電池的材料。鋰離子電池的性能也在不斷提高。

現代人的日常生活幾乎已經無法離開各種便攜式電子設備。這種全新的生活方式能夠成為現實，輕巧、安全、儲電量大的鋰離子電池的出現起到了決定性作用。這三位科學家可以說是移動互聯時代的奠基人，他們的發明使很多輕巧的便攜式電子設備成為可能，也改變了人類存儲能量的方式。除了為便攜式電子設備提供能量之外，鋰離子電池還可能成為綠色電網的基礎，人類可以把從太陽能、風能等可再生資源收集到的能量存儲到鋰離子電池中。

這三位科學家的發明最終得到諾貝爾委員會成員的認可，與便攜式設備在人們生活中的重要性不斷提高，人類尋找綠色可再生能源的願望越來越迫切有關。有人認為，授予他們諾貝爾獎為時太晚，尤其是古迪納夫教授今年已經97歲，創下了諾貝爾獎得主的最高年齡紀錄。三位科學家最終獲獎能夠讓更多的人認識到能源技術的重要性，激勵人們尋找更可靠、環保的能源，徹底擺脫對化石能源的依賴，改善人類的生存條件，這也正是阿爾弗萊德·諾貝爾設立諾貝爾獎的初衷。（本文寫作參考了諾貝爾獎網站，《科學》《自然》雜誌的相關報道）

更多精彩報道詳見本期新刊《改變世界的人》，點擊下方商品卡即可購買