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“锂电池之父”的开挂人生:参加过二战,半路出家研究电池获诺奖

能源评说(稿源) 2023-7-25 13:16 No.11105


“锂电池之父”的开挂人生:参加过二战,半路出家研究电池获诺奖

当地时间6月25日,锂离子电池共同发明人、2019年诺贝尔化学奖共同获得者约翰·班尼斯特·古迪纳夫(John Bannister Goodenough)去世。

古迪纳夫是钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂阴极材料的发明人,被称为“锂电池之父”。由于名字Goodenough直译“足够好”,他也被中国粉丝称作“足够好”先生。

他30岁入行、54岁转变研究方向、58岁研发出钴酸锂、75岁研发出磷酸铁锂、95岁研发出全固态电池、97岁获诺奖……与“出名要趁早”这一理念不同,他形容自己的人生是“爬行的乌龟”。

一起来看看他Good enough的一生!

“锂电池之父”的开挂人生:参加过二战,半路出家研究电池获诺奖

约翰·班尼斯特·古迪纳夫。

22岁,数换专业

1922年,古迪纳夫出生于德国,不过他却是在美国长大和接受教育。

他的父亲是耶鲁大学历史教师。按理来说,他的童年应该无忧无虑。然而,由于父母关系紧张,加上患有阅读障碍,他的童年并不快乐。

在考进耶鲁大学前夕,他的父母离婚了,父亲娶了自己的研究助手。由于和家里关系不好,临出发前,父亲只给了他35美元,而当时耶鲁一年的学费是900美元。之后,古迪纳夫靠奖学金和当家教读书、养活自己。

在耶鲁大学,他先是学习古典文学,随后又转而攻读哲学,为了凑学分,他还多选修了两门化学课,后来又在一位数学教授的鼓励下转修数学。

1944年,22岁的古迪纳夫获得数学学士学位。毕业后赶上二战,他应召入伍,被派到太平洋的一个海岛上收集气象数据。

24岁,师从大牛

退役后,古迪纳夫进入芝加哥大学物理系读研究生,他的导师就是物理界大牛克拉伦斯·齐纳(Clarence Melvin Zener)。齐纳在30岁时已经发明了齐纳二极管,享誉业界。

齐纳告诉他两个问题:“你的第一个问题是找到问题,第二个问题是解决这个问题。”这一理念对古迪纳夫影响至深。

“锂电池之父”的开挂人生:参加过二战,半路出家研究电池获诺奖

物理学家齐纳。

30岁,正式入行

1952年,30岁的他在芝加哥大学获得了物理学博士学位,被推荐到麻省理工学院林肯实验室,开始了他的第一份工作。

在这里,他主攻固体磁性的相关研究,和团队开发了数字计算机的随机存取存储器(RAM)的关键部件,也就是如今的电脑内存。

也是在这里,他接触到锂离子在固体中的迁移。他曾应邀负责美国福特公司的一个电池研究项目,不过是钠硫电池,这让他首次接触电化学和电池的研究,他开始在离子导电率和能量存储方面下功夫。

54岁,转变研究方向

你以为他这辈子就被物理给束缚住了?并没有,牛人跨界跟跨栏似的。1976年,因为没有经费支持,古迪纳夫“跳槽”了,他受到牛津大学的邀请,到那里担任无机化学教授。这可能得益于他大学曾选修过化学。

此时,54岁的他才真正开始钻研锂离子电池,从事一项改变世界的研究。

58岁,研发出钴酸锂材料

锂离子电池主要由阴极、阳极、电解液、隔膜、外电路等部分组成,依靠锂离子在阴阳极之间的移动产生电流。电池阴阳极材料的选择对于能效和安全性至关重要。

20世纪70年代的石油危机催生了对新能源储能的需求,也推动了电池研发。当时,美国科学家斯坦利·惠廷厄姆使用二硫化钛作为阴极材料存储锂离子,以金属锂作为部分阳极材料,制成了首个新型电池。但由于金属锂化学特性过于活泼,这种电池具有易爆炸的潜在危险,完全没法应用。

那怎么办?得把正负极的材料都换掉才行。研究了30年物理的古迪纳夫有了想法。他与团队持续实验四年,1980年,突破性地发明了锂电池的阴极材质钴酸锂。与之前的二硫化钛相比,钴酸锂更适合存储锂离子。

1991年,索尼公司将日本科学家吉野彰研发的阳极材料与古迪纳夫的阴极材料钴酸锂相结合,制作出了世界上第一款商用可充电锂电池。

全新锂电池一经问世,直接改变了电子产业的格局。笔记本电脑、手机也运用起了这些技术,形成了每年数十亿美元的产业。

“从1991年商业化到现在,锂电池的主流正负极材料没有太大改变。”上海科技大学物质科学与技术学院助理研究员刘巍说。

也就是说,至今我们都仍受益于古迪纳夫团队研发出的钴酸锂。

75岁,研发出磷酸铁锂材料

但古迪纳夫没有满足于现状,因为他清楚锂电池的安全隐患并非真的消失了,他和他的实验室仍在不断尝试。

1997年时,古迪纳夫的团队又发现了一种适合商业化的锂离子阴极材料——磷酸铁锂。它是目前电动汽车、电动大巴、电动船舶、大规模储能、通信基站、数据中心等所用电池的主流材料。

这一年,古迪纳夫已经75岁了。

94岁,打造出全固态电池

2017年,94岁的古迪纳夫又发表论文,宣布打造出“全固态”概念的锂电池。传统锂电池用的是液体电解液,容易燃烧,固态锂电池则更耐用更安全更廉价。不过固态锂电池尚处在实验室探索和初步商业化阶段。

古迪纳夫一直是诺贝尔化学奖的“陪跑”者。2019年,他终于结束“陪跑”史,当年的诺贝尔化学奖颁给了他和斯坦利·惠廷厄姆,以及日本科学家吉野彰,以表彰他们在锂离子电池研发领域作出的贡献。97岁的他打破了诺贝尔奖得主年龄最高纪录。

“锂电池之父”的开挂人生:参加过二战,半路出家研究电池获诺奖

古迪纳夫在美国得克萨斯大学奥斯汀校区的实验室中。新华社发

回顾古迪纳夫这一生,可以说应验了“大器晚成”这个词语。他也曾用“爬行的乌龟”比喻自己这一生:“我们有些人就像是乌龟,走得慢,一路挣扎,到了而立之年还找不到出路。但乌龟知道,他必须走下去。”

在他看来,这种贯穿一生的爬行有可能带来好处,尤其是在你穿越不同领域,一路收集各种线索的情况下。你得有相当多的经验,才能把不同的想法融汇在一起。

他也有未竟的愿望。在接受媒体采访时,他曾这样说道:“我想让汽车尾气从全世界的高速公路上消失。我希望我死之前能看到这一天。”

【知多D】

94岁自己开车,坚持上班

在学术界,古迪纳夫可以说是泰斗级的存在,他的门生遍布全球,国内不少学者都是他的弟子。

据曾在美国得州大学奥斯汀分校访问学习的青年博士张俊回忆,“古迪纳夫对后辈非常提携。”有一次他怀着试试看的心情请老先生写推荐信,出乎意外的是,古迪纳夫马上愉快地答应,并十分认真地阅读了他的论文,还在办公室的小黑板上仔细与张俊一起推敲反应机制,在大约用了半天的时间审阅完论文后,古迪纳夫亲自手写了三页纸的推荐信,签字密封后给了张俊,这个细节让张俊敬佩不已。

同样在得州大学访问学习过的夏阳博士则回忆,有一次实验楼报火警,古迪纳夫拄着拐杖和大家一起从9楼徒步下楼,从容不迫,很淡定,并且幽默地说:今天让我提早下班了。那个时候,已经94岁的他还坚持每天到办公室工作,大多数时候还是自己开车。

整合:刘兰兰

美编:原毅

资料来源:中新网、新华社、科技日报、科学网、福布斯中国等

文章来源【南方都市报】版权归原作者所有
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