诺奖得主吉野彰：25年前预测自己会得奖！化学界最会考古的，考古界最懂电池的
昨天，瑞典皇家科学院宣布将2019年诺贝尔化学奖授予71岁的日本化学家吉野彰（Akira Yoshino）、77岁的英国科学家M· 斯坦利· 威廷汉（M. Stanley Whittingham）和97岁的美国化学家约翰· B· 古迪纳夫（John B. Goodenough），以表彰他们在锂电池领域的重要创新。这种可充电电池使得无线电子产品成为现实，也为未来人类进入无化石燃料世界奠定了基础，从电动汽车到可再生能源的电力储存都要借助这一伟大发明，可以说锂电池已经改变了我们的生活，未来或将带来更大的变革。
和咱们一衣带水的日本在科学领域上的成就确实令人佩服，2000年以来已经拿了19个诺奖，平均一年一个的节奏啊！这离他们21世纪前半叶拿30个诺奖的计划又近了一步。
至此，从1981年福井谦一首度获得诺贝尔化学奖以来，已经有八位日本的科研工作者荣获此奖。有趣的是，福井是吉野研究生时代的偶像，还是吉野当时念的石油化学系的教授。
在昨天的记者招待会上，媒体采访到了吉野年轻时常去的俱乐部老板娘。老板娘表示，25年前吉野在俱乐部里就对朋友说过自己有一天会得诺贝尔奖。看到这段采访视频，这位鹤发童颜的老者咧嘴大笑，有点害羞又有点骄傲地说，“应该是说过吧，哈哈！”还坦诚地表示，前一天看到物理奖揭晓时，还想第二天自己会不会接到电话，结果真接到斯德哥尔摩的电话时，还以为是整蛊节目。
这一大奖背后是一场精彩非凡的科学接力！
1970年代初，威廷汉在研究充电电池时选择了最轻的金属“锂”，利用锂释放最外层电子的强大驱动力发明了第一个可使用的锂电池。
M·斯坦利·威廷汉 | Jonathan Cohen / binghamton.edu
1980年代初，古迪纳夫改进了电池的配方，大大提升了锂电池的电势（达到了4伏特），并且改善了它的安全性，这就是锂电池二世。
约翰·B·古迪纳夫 | DARREN CARROLL
可惜的是，80年代初国际油价大幅下降，支持威廷汉实验的埃克森美孚公司以削减开支为由，中断了这一研究。古迪纳夫的研究成果在这一背景下也鲜有公司问津。
然而此时的日本却是另一番景象，电子产业一片繁荣，索尼、松下等电子巨头都迫切希望能有轻便、可充电的电池，可为创新型电子产品供电。
化学公司旭化成的研究员吉野嗅到了这一趋势，他在一次采访中说：“数字生活革命刚开始时，portable（便携）这个词很流行。后来连带着cordless（无绳）、wireless（无线）这些词也流行起来了。当时没有人知道，要用哪种可充电电池才能让这成为现实。在时代的潮流之中，敏锐地察觉到社会真正需要的东西，我想这是一种像嗅觉一样的东西。”
吉野1972年就入职旭化成，但直到1981年才真正开始这一领域的研究，彼时他并没有想要开发新型电池，而是想对另一位日本化学家白川英树开发、之后获得诺奖的导电性高分子聚合物“聚乙炔(polyacetylene，简称PA)”在新业务方面加以应用。
吉野用聚乙炔作为阳极，但找不到合适的材料与阴极配对。在1983年，他偶然看到了一篇1982年底发表的，关于锂钴氧化物新阴极的报告，这位研究者就是今年同他分享诺奖的古迪纳夫教授。
不过，之后的研究进展并非一帆风顺。聚乙炔与钴酸锂相配合制作的电池很难实现小型化。吉野为此改变了方针，尝试使用各种碳基材料作为阳极。或许是胜利女神的眷顾，旭化成公司内部刚好有不错的材料，他用了一种石油工业的副产物——石油焦（看来本科的石油化学专业没浪费）。当他用电子给石油焦充电时，锂离子被吸引进了材料中。随后他打开电池，电子和锂离子流向电势更高的钴氧化物阴极。
在充放电时，一般的电池技术在电极里都使用了化学转化原则，这种化学反应和转化会在反复充电时损耗电池。锂离子电池中没有化学转化发生，只有锂离子在两个电极之间来回移动，这让电池拥有了很长的使用寿命。
吉野感叹道，真是太完美了！
但电解质水溶液的难题还没有解决，电荷要通过它从一个电极流到另一个电极。过去，可充电电池用水作电解液，但是对水施加1.5V以上的电压后，水就会分解为氢和氧。在经过反复试验后，吉野选择了有机溶液，最终取得4V以上的电动势，这是一个极大的成功。
吉野的任务还没有完成，为了确保充放电时电流的速度足够快，电极需要更大的表面积，吉野彰发明了将电极材料涂在金属箔上的方法，大大提高了电池的性能，赋予它高电压和高存储容量。
然而，最大的挑战就是证明这种新型电池的安全性。过去用纯锂做可充电电池时，它们在充放电时会快速且不可控制地升温，有时甚至会着火、爆炸，威廷汉的实验室就遇到过这个大麻烦。
这位伟大的人把这个难题也解决了。
他为电极之间的布置开发了一种极薄的以聚乙烯为基础的多孔膜，分隔阳极和阴极。如果电池过热，膜的孔隙就会关闭，锂离子就不能移动了，充电的过程就会被阻断。另一个革命性的进步是，这种电池用锂离子替代了纯锂，更加安全可靠。据说吉野在测试电池安全时，使用的是爆炸测试设备，他把一大块铁丢在电池上，结果电池安然无恙。
吉野将这一刻称为“锂离子电池诞生之时”。至此，包括正极、负极在内的第一种真正具有商业价值的锂离子电池的原型确立，随后申请了专利。
好事多磨，吉野回忆说，开发出锂电池后起初3年都卖不出去，身心备受折磨。
不过今日，锂电池已经广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机/摄像机等各种电子设备上，未来的电动汽车、储能、应对气候变化等多个重要领域都将广泛应用到锂电池。可以说，人类社会的能源体系，从此开始向新的时代迈进！
四年级时，班主任为他推荐了法拉第写的《蜡烛的故事》。小吉野阅读了这本通俗易懂地介绍燃烧现象的书之后，对科学实验充满了兴趣。1966年，18岁的吉野如愿考进京都大学工学部石油化学专业。这位化学爱好者还有一个相当小众的爱好，他在高中时期迷上了考古，大学时还加入了京都大学的考古学研究会，他和妻子久美子也是因考古而结缘。
1972年，吉野获得了京都大学工学研究专业有机化学方向的硕士学位。毕业后很快就进入了著名的化工企业旭化成株式会社。不过电池专家也不是一两天炼成的，年复一年地泡实验室里才让他从“门外汉”，变成今日的诺奖得主。直到今天，71岁高龄的他，还身兼数职，继续站在研究和教学的第一线。
“头脑要足够的灵活”、“不到最后决不放弃”，在日常生活中不断摸索客户、还有我们的社会到底需要什么，我们如何利用科学技术来满足这些需求。比起一本正经地思考有没有什么新发现，稍稍闲下来漫无目的地思考，有时灵感自然就会浮现出来。不拘泥于一种手法的灵活性，加之一定要获得成功的执着——在这两份力量的推动下诞生了创新。正因为是门外汉才不会受固有观念的约束，这也是强项之一。在获奖后举行的记者会上 ，吉野被问及作为一名研究者最重要的条件是什么时，如此回答。
对于获奖之后的计划，吉野认为锂离子电池在电动汽车、应对未来的环境问题和气候变化上将发挥重要作用。能源革命正在紧锣密鼓地进行中，自己也始终会以第一线研究者的视线不断挑战新的研究领域和目标。目前他最关注的领域是电动汽车，它需要另一种新型蓄能技术，世界可能又要被急剧地改变一次了。
同样，另一位得主Goodenough教授，97岁的高龄还在研究更安全、便宜的全固态锂离子电池。看来做电池研究不但能拿诺奖，而且“续航能力”力也超强。真真你大爷永远是你大爷！祝三位老爷子健康、快乐地一直研究下去！
最后感慨一下，上世纪80年代时，40岁不到的吉野取得了这一成果，直到今年才获奖。看来要想得诺奖，还得活得长！今天在实验室中奋斗的中国科研工作者们，说不定三十年后也能收获许多诺奖。
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