雖然，諾貝爾獎最初是為了表彰對人類最有益的貢獻而設立的，但並非每年的諾貝爾獎得主的發現，對我們的生活產生如此廣泛的影響。從這個角度來看：前些天，大多數人閱讀關於諾貝爾化學獎的新聞，都是使用一種直接受益於這項研究的設備。
對於許多人來說，這似乎是一個姍姍來遲的認可，今年的諾貝爾化學獎項頒發給了三位科學家，以表彰他們在開發鋰離子電池方面所做的工作；這些電池為我們的手機、筆記本電腦、電動汽車等提供能源。
美國德克薩斯大學奧斯汀分校的約翰·古迪納夫（John B.Goodenough），賓漢頓大學的斯坦利·惠廷厄姆(M.Stanley Whittingham)，美國紐約州立大學和日本東京的朝日Kasei公司的吉野彰(Akira Yoshino)，每人分享三分之一的獎金，但是什麼讓這些電池如此特別，它們是如何工作的？
圖：鋰是周期表中的第三個元素，也是最輕的金屬。通過在最外層軌道失去電子，鋰原子就變成了帶正電荷的鋰離子。正是這些離子的運動，使鋰離子電池能提供源源不斷的電流。在節假日，我們在家中一起跟孩子們玩的玩具的動力都來自於鹼性電池或鋰電池。那麼，鹼性電池與鋰電池有什麼樣的區別呢？從根本上說，這些所謂的鹼性電池，由於其氫氧化鉀含量，具有與這些諾貝爾獎得主鋰離子電池相似的特點；它們都有兩個電極（一個鋅陽極作為負極，一個錳氧化物陰極作為正極），由電解液隔開。
然而，在普通鹼性電池中發生的反應是無法逆轉的，因此它們無法再充電，這與鋰離子電池不同。它們的電壓也有很大的差別，也就是電極之間的電荷差別，鹼性電池的電壓比鋰離子的電壓高1.5伏。電壓越高，電荷區域之間的電動勢越大，因此當電路閉合時，電子的流動越快，或電流越大，這在對能量要求較高的應用中非常有利。
在20世紀70年代，今天的諾貝爾獎科學家們利用他們的發現和掌握的技術，使鋰電池得到了更好的發展。當時惠廷厄姆用層狀材料二硫化鈦製造了一種新型陰極，這種材料的層堆積起來有點像將託盤返回咖啡館清理區。在這些層中，可以保留鋰離子，就像將丟棄咖啡杯回收清洗並再次使用一樣。
惠廷厄姆製造的相應陽極含有一些鋰金屬，正如你從高中化學實驗中所記得的那樣，該鋰金屬非常活潑。儘管該電池的電勢差為2 V，比鹼性電池高出三分之一，但鋰的爆炸性使其無法在許多應用中使用。金屬鋰還傾向於生長針狀晶須或齒狀晶體，隨著時間的推移，它們可能會橋接兩個電極之間的間隙，從而導致電池短路。
作為一個將某人的潛在失敗用作成功墊腳石的完美例子，古迪納夫的電化學計算讓他思考，使用金屬氧化物代替二硫化鈦陰極是否會導致兩個電極之間的電位差更大。在惠廷厄姆開創性的工作十年後，古迪納夫取得了巨大的進步。他通過使用鈷氧化物作為層狀材料安全地容納鋰離子，他將電池的電位差翻了一番，達到了驚人的4V。
吉野彰跨越科學與工程之間的橋梁，解決了在陽極中使用高活性鋰的潛在問題。他用石油焦炭代替了這種材料，這是他一直在研究的材料，並且發現其結構中具有天然存在的層，並且具有足夠高的穩定性，可以在這種電池所需的條件下工作。這些層也可以容納鋰離子，就像電池另一側相應的鈷氧化物陰極一樣。為此，1985年他製造了第一個安全的鋰離子電池。1991年，這些電池開始商業銷售，開創了需要大量能源但又具有一定程度的便攜性的技術應用的新紀元。以前的電池大而重，容易被損壞，且存在爆炸風險，可攜式鋰電池不僅攜帶方便，且安全性能高，不易損壞，且大大降低了爆炸風險。
圖：正如我們今天所知，2019年諾貝爾化學獎得主在鋰離子電池的發展中都發揮了重要作用。惠廷厄姆最初的概念是由古迪納夫改進陰極而進一步發展起來的。普通電池依靠可逆的化學反應，隨著時間的流逝，它們的容量會迅速下降。 在這種情況下，鋰離子電池的充放電循環僅取決於這些鋰離子從一個電極到另一個電極再返回的運動。系統幾乎沒有退化，因此在每個充電和放電周期中，性能損失很小。層狀電極通過在每個電池中填充高濃度的鋰離子來實現高能量密度。這些電池也是用輕質材料製成的。
此外，體積小且重量輕的大容量鋰電池意味可以更長時間為一個耗電的物體供電，讓我們所有人都可以隨身攜帶功能異常強大的電腦，口袋裡攜帶智能觸摸式彩色屏的手機，隨時可以觀看視頻，隨時可以用手機進行高清晰自拍，甚至如果我們願意，可以與朋友或客戶進行視頻電話。
用這些電池供電的不僅僅是手機和筆記本電腦。電動汽車配備了最新的鋰離子電池，這種電池在較低的材料密度的電池中可以保持較長的充電時間，這意味著我們可以在兩次充電之間行駛更長的時間，從而使電動汽車成為汙染嚴重的汽油發動機汽車的真正可行替代品。它是清潔、可再生、可持續的能源及其易於充電和放電的供電接口，這使得鋰電池在我們清潔能源的未來有了穩固的地位。
古迪納夫，惠廷厄姆和吉野彰成為第25個分享諾貝爾化學獎的三人組，這是科學家發現他人工作潛在的缺陷，並加以改進，以創造真正具有突破性東西的完美例子。他們也成為第176、177和178位諾貝爾化學獎獲得者。雖然這些獎項最初是為了表彰獲獎前一年在研究方面取得的最大成就而設立的，但總體而言，這一趨勢已經轉變為現在承認歷史研究，這些研究對我們今天所知的生活產生了很大影響。當今，大多數前沿研究都是由大型國際合作機構開展，這些合作機構由不同的研究人員組成。
鑑於諾貝爾獎最多只能授予三個人，因此有趣的是，這一規則是否會隨著時間的推移而發生變化，以反映現代科學突破的開放性，包容性和協作性。也許我們甚至會看到有史以來第六位諾貝爾化學獎得主將是一位女性科學家。我毫不懷疑，這些優秀科學家的研究將激勵許多未來的發現，甚至可能是一些未來的諾貝爾獎獲得者。