【2019諾貝爾獎】「為世界充電!」 美日英3國鋰離子電池之父共享化學獎尊榮

李靖棠尚國強 2019年10月09日 19:02:00

2019年諾貝爾化學獎得主出爐,由來自美英日三名學者共同獲獎。(圖片:諾貝爾基金會官網,設計、後製:李明維)

「他們為世界充電!(They created a rechargeable world.)」瑞典皇家科學院秘書長漢森(Göran K. Hansson)9日緩緩說出2019年諾貝爾化學獎(3位)得主的貢獻。

 

根據諾貝爾獎基金會9日公告,2019年諾貝爾化學獎(Nobel Prize in Chemistry)得主,由英國學者惠丁漢(M. Stanley Whittingham)、美國德州大學學者古迪納夫(John B. Goodenough)和日本學者吉野彰(Akira Yoshino)三人,因對鋰離子電池(Lithium-ion battery)的發展貢獻,共同榮獲諾貝爾化學獎肯定。

 

得主之一現年97歲的古迪納夫也打破了2018年物理學獎得主阿什金(Arthur Ashkin)的紀錄,成為諾貝爾至今最年長的得獎者。

 

 

因對鋰離子電池發展共同獲得2019諾貝爾化學獎,三名學者分別是(由左至右):古迪納夫、惠丁漢和吉野彰。(湯森路透)

 

 

2019年諾貝爾化學獎主要獎勵鋰離子電池(lithium-ion batteries)的開發,鑒於目前這種輕巧、可充電且功能強大的電池已廣泛運用於包括手機到筆記本電腦、電動車的所有產品,更甚者,鋰離子還可儲存太陽能、風能等巨量能源,讓「無化石燃料社會(fossil fuel-free society)」成為可能。

 

鋰離子電池為全球的行動電子設備供電,人們利用這些設備進行通訊、工作、學習、聽音樂和尋找知識,此外,鋰離子電池讓遠程電動車的發展、可再生能源(如太陽能和風能)的能量儲存成真。

 

 

1970年代奠基

 

鋰離子電池的基礎是在1970年代的石油危機期間奠定的。

 

得主之一的惠丁漢出生於1941年12月22日,現年77歲的他畢業於牛津大學(Oxford University),目前任職於美國紐約州立大學(State University of New York)系統的賓漢姆頓大學(Binghamton University)材料研究所主任。 

 

惠丁漢致力開發無化石燃料的能源技術,他開始研究「超導體(superconductors)」,過程中發現了一種極富能量的材料,並將其用於創新的鋰離子電池中,這種材質由二硫化鈦(titanium disulphide)製成,可以容納、嵌入鋰離子。

 

鋰離子電池的陽極由金屬鋰製成,具強大釋放電子(electrons)的動力,但是,金屬鋰電池具反應性,爆炸性太大而無法實際使用。

 

另兩位得主古迪納夫、吉野彰解決了這個問題。

 

 

1985年出現商業用鋰電池

 

古迪納夫當時經過反覆試驗,終於在1980年發現嵌入鋰離子的氧化鈷(cobalt oxide)可以產生高達4伏的電壓,這項重要的突破在吉野彰手中發揚光大。

 

吉野彰以古迪納夫的陰極為基礎,於1985年製造出全球首顆可量產的安全鋰離子電池,不同的是,吉野彰並未在陽極中使用鋰,而是使用了石油焦炭(petroleum coke),這種材料能像陰極氧化鈷一樣嵌入鋰離子,但更穩定。

 

現年97歲的「鋰離子電池之父」古迪納夫(左),曾在2013年獲得歐巴馬總統(右)頒發美國國家科學獎章。(湯森路透)

 

 

2019年諾貝爾化學獎得主之一:日本名城大學教授吉野彰。(湯森路透)

 

鋰離子電池的優點在於,供電時並非分解電極的化學反應,而是由鋰離子在陽極、陰極間的流動供電。

 

自1991年,鋰離子電池首次進入全球市場以來,鋰離子電池徹底改變了人們的日常生活至今,更奠定了無線(wireless)、無化石燃料社會的基礎,造福人類。

 

現年97歲的古迪納夫出生於1922年7月25日,仍任教於美國德州大學奧斯汀分校(University of Texas at Austin)機械工程和材料科學系,吉野彰出生於1948年1月30日,現年71歲的他目前任教於日本名城大學(Meijo University)教授。

 

 

 

諾貝爾標竿:居禮夫人

 

歷屆化學獎中,首屆獎項於1901年,因發現溶液滲透壓的貢獻,頒發給荷蘭科學家范托夫(Jacobus Henricus van 't Hoff);唯一獲得兩次化學獎的得主,是英國籍劍橋大學(St John's College, Cambridge)教授桑格(Frederick Sanger),分別在1958和1980年獲獎。而桑格成為繼居禮夫人(Marie Skłodowska-Curie)之後,第4位兩度獲得諾貝爾獎的科學家。

 

歷史上僅有4位女性化學獎得主,1911年獲獎的居禮夫人是廣為人知的女性桂冠。

 

1903年,居禮夫人與夫婿皮埃爾‧居禮(Pierre Curie,1906年歿)、法國物理學家貝克勒爾(Henri Becquerel)同獲諾貝爾物理獎,1911年,再度因發現釙(Po)和鐳(Ra)元素榮獲諾貝爾化學獎,成為自1901年諾貝爾獎設立以來,首度獲得兩個不同獎項的得主。

 

居禮夫人的長女伊菡(Irène Joliot-Curie)、女婿約李奧(Frédéric Joliot)也因首先發現人造放射性元素,於1935年獲得諾貝爾化學獎。

 

 

 

2018年的諾貝爾化學獎由美國科學家雅諾(Frances H. Arnold)、史密斯(George P. Smith)、英國科學家溫特(Gregory P. Winter)以「透過定向演化產生的酵素,製造生質燃料和藥品,並利用噬菌體展示技術演化出的抗體,對抗自體免疫疾病」的研究共用當年的諾貝爾獎,3人的研究對於治療轉移性癌症貢獻卓越。

 

雅諾是諾貝爾化學獎有史以來的第5位女性得獎科學家,居禮夫人則為史上第一人。

 

性別失衡引爭議

 

諾貝爾物理獎、化學獎均由瑞典皇家科學院(Kungliga Vetenskapsakademien)評判,生物、醫學獎則由瑞典皇家卡羅林醫學院(Karolinska Institute)評定,文學獎由瑞典文學院(Svenska Akademien)評選,和平獎另由挪威議會(Stortinget)選出,經濟獎委託瑞典皇家科學院評定。

 

每個獎項的評審委員會由5人組成,3年一屆,各階段的評選、表決都是秘密進行,諾貝爾獎一般只頒給個人,但和平獎例外,可以授獎予機構,各獎項的得獎候選人只能在生前被提名,但獎項卻可在得獎者死後授予。

 

綜觀諾貝爾獎歷史,得主多為白人男性,引發了關於評選偏見的爭議。

 

據《自然》(Nature)雜誌的報導,針對得主性別、種族比例失衡的問題,瑞典皇家科學院的秘書長、同時也是生物醫學家漢森表示,院方已採取相關措施改善,若外界仍覺不夠,將為此付出更多努力。

 

負責遴選與宣布每年諾貝爾獎得主的瑞典皇家科學院內部,圖為8日物理學獎前夕。(湯森路透)

 

作為全球化學界最高榮譽,從1901年迄今已頒發109次,有178位得主

 

每年10月由瑞典皇家科學院(Royal Swedish Academy of Sciences)遴選公布,用以表彰在化學界最傑出的科學家,化學獎亦是根據諾貝爾(Alfred Nobel)本人於1895年留下的遺囑中,利用其遺產所設立的5個諾貝爾獎之一。

 

 

2019年諾貝爾獎名單公布時間表:

 

 

生理/醫學獎:塞門扎、威廉凱林和拉特克利夫

物理學獎:皮布爾斯、麥耶和奎洛茲

化學獎:古迪納夫、惠丁漢和吉野彰

文學獎:10日19時

和平獎:11日17時

經濟學獎:14日17時45分

 

 

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