遲來的榮耀——3位鋰電池學者獲諾貝爾獎

鋰電池是一項引領能源貯存革命的技術，今年10月9日，美籍固態物理學家古德諾（John Goodenough）、英國化學家惠廷安（StanleyWhittingham）和日本化學家吉野彰（Akira Yoshino），因為研發可充電的鋰電池做出重大貢獻，獲得2019年的諾貝爾化學獎。

科學期刊《自然》網站報導，諾貝爾化學獎委員會表示，這3位得獎者都為輕便、可充電電池的發展做出了貢獻，這些電池為當今的行動電話和其他攜帶式電子設備提供能源，讓「無化石燃料的社會成了可能實現的事」。

 97歲的古德諾現任美國德州大學奧斯汀分校教授，成為了有史以來最年長的諾貝爾獎得獎者。獲獎當天，古德諾在倫敦接受《自然》訪問時說：「我很感激我能獲得這項殊榮，非常美好。」「但是，我依然是從前的我。」

「太驚訝、太驚喜了！」日本名城大學教授吉野彰在消息公布後對記者說道。

「我認為，這個獎頒得太晚了。」英國巴斯大學的材料化學家伊斯蘭（Saiful Islam）說，「很高興看到材料化學裡的這一重要領域得到認可了。大家都知道，這些電池推動了攜帶式能源的革命。大多數人可能都是由鋰電池供電的設備上看到了這一諾貝爾獎的新聞。」

鋰電池商業化三步曲

在鋰電池中，鋰離子在電池放電時通過電解質從負極（陽極）移動到正極（陰極），然後在充電時再次返回。

現任美國賓漢頓大學教授的惠廷安，1970年代曾在埃克森美孚公司（Exxon）工作、當時提出了可充電鋰電池的想法，並開發了使用鋰金屬陽極和二硫化鈦陰極的電池原型，它能產生2伏特電壓，而且由於鋰離子向陰極的移動是可逆的，從而使電池能夠充電，但是過高的製造成本和安全隱憂讓該技術無法商業化。

在1970年代末期和1980年代初期，古德諾開發了可充電電池，他發現可以儲存鋰離子的電池陰極新材質鋰鈷氧化物（LiCoO2），又稱鈷酸鋰，電壓提高到4伏特，大幅提升電池效率。鈷酸鋰一直是鋰電池陰極材料的首選。

到了1985年，吉野彰改變材料後，大大提升了鋰電池的安全性，也促成了鋰電池能商業化生產。吉野彰率先以碳化合物石油焦當電池陽極（碳陽極），陽極的石油焦能鑲嵌鋰離子。

吉野彰在電話中說：「我自1981年著手研究，然後在1985年發明了鋰電池。」

未來發展不可限量

世界各地的實驗室正在忙著實驗可替代鋰電池的技術，進一步研究如何使現有電池更安全、更永續或蓄電量更久的技術。

不過劍橋大學化學系教授格雷（Clare Grey）認為，在可預見的將來，當前鋰電池的基本設計還是占主導地位。

他說，透過電動汽車以及電網儲能，鋰電池會在全球的「去碳」（decarbonization）經濟中起到至關重要的作用，「鋰電池會存在一段很長的時間」。

諾貝爾獎委員會也提到，隨著各國試圖擺脫化石燃料，電池的永續性在未來會起到更重要的作用。相信會有越來越多的電池會用來儲存再生能源，例如太陽能和風能。

麻省理工學院（MIT）的化學家薩德威（Donald Sadoway）說：「我向諾貝爾獎委員會致上敬意，因為他們意識到了這充滿實際意義的東西。這三個人所做的成果非常重要，因為鋰電池是許多電子技術的基礎，這些電子技術可以為未來的無碳環境提供動力。」

伊斯蘭還補充說，為電動汽車開發的充電電池，將在改善空氣品質以及減少溫室氣體排放上發揮關鍵的作用。

跨學科研究的最好例子

麻薩諸塞大學洛厄爾分校的化學家，同時也是諾貝爾化學獎委員之一的藍斯楚姆（Olof Ramström）強調，今年的化學獎是真正的跨學科研究成果，「這涉及化學的許多分支，還與物理學和工程學有關連。」

他在宣布獎項時這麼說：「這是說明這些學科可以融在一起的一個很好的例子，並且還造就了有巨大影響力的產品。」

與惠廷安合作的格雷說，很多人在該技術的發展上都有很大貢獻，但委員會做出了一個很好的選擇。特別是古德諾，他在材料領域可以說是「充滿智慧的巨人」，除了電池以外，還做了很多基礎貢獻，「他改變了我們對磁力的思考方式，並幫助人們理解電子傳導性。」

當古德諾被問到鋰電池是否是他最喜歡的成就時，他告訴《自然》：「不，我最喜歡的作品是研究所謂的莫特過渡（Mott transition），其中材料中的電子從能夠自由移動，與個別原子鏈接。」◇