約翰·班尼斯特·古迪納夫（John B.Goodenough） ， 邁克爾·斯坦利·惠廷漢姆（M.Stanley Whittingham）和吉野彰（Akira Yoshino）被授予2019年諾貝爾化學獎 ， 以表彰他們對鋰離子電池研發的貢獻 。 這種可充電電池奠定了手機和筆記本電腦等無線電子產品的基礎 。 它還使無化石燃料的世界成為可能 ， 因為它被用于從電動汽車到可再生能源儲存的幾乎所有領域 。
元素周期表
化學元素很少會在諾貝爾獎的評定中發揮核心作用 ， 但 2019 年諾貝爾化學獎卻有一個明確的主角——鋰——一種古老的元素 ， 是在宇宙大爆炸后的一分鐘內產生的 。 直到1817年 ， 瑞典化學家約翰·奧古斯特·阿夫維森（Johan August Arfwedson）和瓊斯·雅各布·貝澤留斯（J?ns Jacob Berzelius）從斯德哥爾摩群島的于特島(Ut?)上的礦物樣品中提純了鋰 ， 人們才認識它 。
貝澤留斯用希臘語中的“石頭”一詞——“ lithos”——來命名這種新元素 。 從名字上看 ， 鋰的密度似乎很大 ， 但實際上它卻是世界上最輕的固態元素 ， 這就是為什么我們幾乎很難注意到隨身攜帶的手機 。
鋰是金屬 。 它的最外層只有一個電子 ， 這使得鋰具有很強的給電子能力 。 鋰失電子時 ， 會形成帶正電且更穩定的鋰離子 。
準確地說 ， 兩位瑞典化學家得到的并不是純的金屬鋰 ， 只是以鹽形式存在的鋰離子 。 金屬鋰引發了許多火災 ， 尤其是在我們將要講述的故事中；鋰是一種不穩定的元素 ， 必須存放在礦物油中 ， 以免與空氣反應 。
鋰很活潑 ， 這是它的缺點 ， 同時也是它的優點 。 1970 年代初期 ， 斯坦利·惠廷漢姆利用鋰外層電子脫出時釋放的巨大能量研制出了首個實用的鋰電池 。 1980 年 ， 約翰·古迪納夫將電池的電壓提高了一倍 ， 從而為生產更高能量密度的電池創造了條件 。 1985 年 ， 吉野彰成功地用更安全的鋰離子取代了電池中的金屬鋰 ， 這使得電池的應用變得切實可行 。 鋰離子電池給人類帶來了非常大的益處 ， 因為它推動了筆記本電腦、移動電話、電動汽車的發展以及太陽能、風能存儲各個領域的發展 。
現在 ， 我們將時光倒退五十年 ， 回眸鋰離子電池跌宕起伏的發展史 。
霧霾重振電池研究
在 20 世紀中葉 ， 世界上燃油車數量劇增 ， 排放的尾氣加劇了城市的空氣污染 。 加上人們日益認識到石油是一種不可再生資源 ， 這給汽車制造商和石油公司敲響了警鐘 。 為了生存 ， 它們需要投資電動汽車和新能源 。
用于汽車的電池
電動汽車和新能源都需要能夠存儲大量能量的電池 。 當時 ， 市場上實際上只有兩種類型的可充電電池：1859年發明的鉛酸電池（至今仍用作燃油車的啟動電池）和鎳鎘電池（它是在20世紀上半葉發明的）
石油公司投資新技術
石油耗盡的威脅導致石油巨頭埃克森（Exxon）決定多元化經營 。 在一項投資巨大的基礎研究中 ， 他們招募了當時能源領域中最重要的一些研究人員 ， 讓他們可以自由地做自己想做的事 ， 只要不涉及石油即可 。
插層反應
斯坦利·惠廷漢姆是1972年入職埃克森公司的人之一 。 他來自斯坦福大學 ， 他的研究內容包括可利用原子尺度空隙存儲離子的固體材料 。 這種存儲離子的現象稱為插層反應 。 當離子嵌入時 ， 材料的特性會發生變化 。 在?？松?， 斯坦利·惠廷漢姆和他的同事開始研究超導材料 ， 其中包括可以嵌入離子的二硫化鉭 。 他們向二硫化鉭中摻雜了離子 ， 并研究摻雜的離子是如何影響二硫化鉭電導率的 。
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