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【世界速看料】“鋰電池之父”的開(kāi)掛人生:參加過(guò)二戰(zhàn),半路出家研究電池獲諾獎(jiǎng)

2023-06-28 06:42:11 來(lái)源:南方都市報(bào)

當(dāng)?shù)貢r(shí)間6月25日,鋰離子電池共同發(fā)明人、2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)共同獲得者約翰·班尼斯特·古迪納夫(John Bannister Goodenough)去世。

古迪納夫是鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰陰極材料的發(fā)明人,被稱(chēng)為“鋰電池之父”。由于名字Goodenough直譯“足夠好”,他也被中國(guó)粉絲稱(chēng)作“足夠好”先生。

他30歲入行、54歲轉(zhuǎn)變研究方向、58歲研發(fā)出鈷酸鋰、75歲研發(fā)出磷酸鐵鋰、95歲研發(fā)出全固態(tài)電池、97歲獲諾獎(jiǎng)……與“出名要趁早”這一理念不同,他形容自己的人生是“爬行的烏龜”。


(資料圖片)

一起來(lái)看看他Good enough的一生!

約翰·班尼斯特·古迪納夫。

22歲,數(shù)換專(zhuān)業(yè)

1922年,古迪納夫出生于德國(guó),不過(guò)他卻是在美國(guó)長(zhǎng)大和接受教育。

他的父親是耶魯大學(xué)歷史教師。按理來(lái)說(shuō),他的童年應(yīng)該無(wú)憂(yōu)無(wú)慮。然而,由于父母關(guān)系緊張,加上患有閱讀障礙,他的童年并不快樂(lè)。

在考進(jìn)耶魯大學(xué)前夕,他的父母離婚了,父親娶了自己的研究助手。由于和家里關(guān)系不好,臨出發(fā)前,父親只給了他35美元,而當(dāng)時(shí)耶魯一年的學(xué)費(fèi)是900美元。之后,古迪納夫靠獎(jiǎng)學(xué)金和當(dāng)家教讀書(shū)、養(yǎng)活自己。

在耶魯大學(xué),他先是學(xué)習(xí)古典文學(xué),隨后又轉(zhuǎn)而攻讀哲學(xué),為了湊學(xué)分,他還多選修了兩門(mén)化學(xué)課,后來(lái)又在一位數(shù)學(xué)教授的鼓勵(lì)下轉(zhuǎn)修數(shù)學(xué)。

1944年,22歲的古迪納夫獲得數(shù)學(xué)學(xué)士學(xué)位。畢業(yè)后趕上二戰(zhàn),他應(yīng)召入伍,被派到太平洋的一個(gè)海島上收集氣象數(shù)據(jù)。

24歲,師從大牛

退役后,古迪納夫進(jìn)入芝加哥大學(xué)物理系讀研究生,他的導(dǎo)師就是物理界大??死瓊愃埂R納(Clarence Melvin Zener)。齊納在30歲時(shí)已經(jīng)發(fā)明了齊納二極管,享譽(yù)業(yè)界。

齊納告訴他兩個(gè)問(wèn)題:“你的第一個(gè)問(wèn)題是找到問(wèn)題,第二個(gè)問(wèn)題是解決這個(gè)問(wèn)題。”這一理念對(duì)古迪納夫影響至深。

物理學(xué)家齊納。

30歲,正式入行

1952年,30歲的他在芝加哥大學(xué)獲得了物理學(xué)博士學(xué)位,被推薦到麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室,開(kāi)始了他的第一份工作。

在這里,他主攻固體磁性的相關(guān)研究,和團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了數(shù)字計(jì)算機(jī)的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)的關(guān)鍵部件,也就是如今的電腦內(nèi)存。

也是在這里,他接觸到鋰離子在固體中的遷移。他曾應(yīng)邀負(fù)責(zé)美國(guó)福特公司的一個(gè)電池研究項(xiàng)目,不過(guò)是鈉硫電池,這讓他首次接觸電化學(xué)和電池的研究,他開(kāi)始在離子導(dǎo)電率和能量存儲(chǔ)方面下功夫。

54歲,轉(zhuǎn)變研究方向

你以為他這輩子就被物理給束縛住了?并沒(méi)有,牛人跨界跟跨欄似的。1976年,因?yàn)闆](méi)有經(jīng)費(fèi)支持,古迪納夫“跳槽”了,他受到牛津大學(xué)的邀請(qǐng),到那里擔(dān)任無(wú)機(jī)化學(xué)教授。這可能得益于他大學(xué)曾選修過(guò)化學(xué)。

此時(shí),54歲的他才真正開(kāi)始鉆研鋰離子電池,從事一項(xiàng)改變世界的研究。

58歲,研發(fā)出鈷酸鋰材料

鋰離子電池主要由陰極、陽(yáng)極、電解液、隔膜、外電路等部分組成,依靠鋰離子在陰陽(yáng)極之間的移動(dòng)產(chǎn)生電流。電池陰陽(yáng)極材料的選擇對(duì)于能效和安全性至關(guān)重要。

20世紀(jì)70年代的石油危機(jī)催生了對(duì)新能源儲(chǔ)能的需求,也推動(dòng)了電池研發(fā)。當(dāng)時(shí),美國(guó)科學(xué)家斯坦利·惠廷厄姆使用二硫化鈦?zhàn)鳛殛帢O材料存儲(chǔ)鋰離子,以金屬鋰作為部分陽(yáng)極材料,制成了首個(gè)新型電池。但由于金屬鋰化學(xué)特性過(guò)于活潑,這種電池具有易爆炸的潛在危險(xiǎn),完全沒(méi)法應(yīng)用。

那怎么辦?得把正負(fù)極的材料都換掉才行。研究了30年物理的古迪納夫有了想法。他與團(tuán)隊(duì)持續(xù)實(shí)驗(yàn)四年,1980年,突破性地發(fā)明了鋰電池的陰極材質(zhì)鈷酸鋰。與之前的二硫化鈦相比,鈷酸鋰更適合存儲(chǔ)鋰離子。

1991年,索尼公司將日本科學(xué)家吉野彰研發(fā)的陽(yáng)極材料與古迪納夫的陰極材料鈷酸鋰相結(jié)合,制作出了世界上第一款商用可充電鋰電池。

全新鋰電池一經(jīng)問(wèn)世,直接改變了電子產(chǎn)業(yè)的格局。筆記本電腦、手機(jī)也運(yùn)用起了這些技術(shù),形成了每年數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)。

“從1991年商業(yè)化到現(xiàn)在,鋰電池的主流正負(fù)極材料沒(méi)有太大改變?!鄙虾?萍即髮W(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院助理研究員劉巍說(shuō)。

也就是說(shuō),至今我們都仍受益于古迪納夫團(tuán)隊(duì)研發(fā)出的鈷酸鋰。

75歲,研發(fā)出磷酸鐵鋰材料

但古迪納夫沒(méi)有滿(mǎn)足于現(xiàn)狀,因?yàn)樗宄囯姵氐陌踩[患并非真的消失了,他和他的實(shí)驗(yàn)室仍在不斷嘗試。

1997年時(shí),古迪納夫的團(tuán)隊(duì)又發(fā)現(xiàn)了一種適合商業(yè)化的鋰離子陰極材料——磷酸鐵鋰。它是目前電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)大巴、電動(dòng)船舶、大規(guī)模儲(chǔ)能、通信基站、數(shù)據(jù)中心等所用電池的主流材料。

這一年,古迪納夫已經(jīng)75歲了。

94歲,打造出全固態(tài)電池

2017年,94歲的古迪納夫又發(fā)表論文,宣布打造出“全固態(tài)”概念的鋰電池。傳統(tǒng)鋰電池用的是液體電解液,容易燃燒,固態(tài)鋰電池則更耐用更安全更廉價(jià)。不過(guò)固態(tài)鋰電池尚處在實(shí)驗(yàn)室探索和初步商業(yè)化階段。

古迪納夫一直是諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的“陪跑”者。2019年,他終于結(jié)束“陪跑”史,當(dāng)年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了他和斯坦利·惠廷厄姆,以及日本科學(xué)家吉野彰,以表彰他們?cè)阡囯x子電池研發(fā)領(lǐng)域作出的貢獻(xiàn)。97歲的他打破了諾貝爾獎(jiǎng)得主年齡最高紀(jì)錄。

古迪納夫在美國(guó)得克薩斯大學(xué)奧斯汀校區(qū)的實(shí)驗(yàn)室中。新華社發(fā)

回顧古迪納夫這一生,可以說(shuō)應(yīng)驗(yàn)了“大器晚成”這個(gè)詞語(yǔ)。他也曾用“爬行的烏龜”比喻自己這一生:“我們有些人就像是烏龜,走得慢,一路掙扎,到了而立之年還找不到出路。但烏龜知道,他必須走下去?!?/p>

在他看來(lái),這種貫穿一生的爬行有可能帶來(lái)好處,尤其是在你穿越不同領(lǐng)域,一路收集各種線(xiàn)索的情況下。你得有相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn),才能把不同的想法融匯在一起。

他也有未竟的愿望。在接受媒體采訪時(shí),他曾這樣說(shuō)道:“我想讓汽車(chē)尾氣從全世界的高速公路上消失。我希望我死之前能看到這一天?!?/p>

【知多D】

94歲自己開(kāi)車(chē),堅(jiān)持上班

在學(xué)術(shù)界,古迪納夫可以說(shuō)是泰斗級(jí)的存在,他的門(mén)生遍布全球,國(guó)內(nèi)不少學(xué)者都是他的弟子。

據(jù)曾在美國(guó)得州大學(xué)奧斯汀分校訪問(wèn)學(xué)習(xí)的青年博士張俊回憶,“古迪納夫?qū)筝叿浅L釘y。”有一次他懷著試試看的心情請(qǐng)老先生寫(xiě)推薦信,出乎意外的是,古迪納夫馬上愉快地答應(yīng),并十分認(rèn)真地閱讀了他的論文,還在辦公室的小黑板上仔細(xì)與張俊一起推敲反應(yīng)機(jī)制,在大約用了半天的時(shí)間審閱完論文后,古迪納夫親自手寫(xiě)了三頁(yè)紙的推薦信,簽字密封后給了張俊,這個(gè)細(xì)節(jié)讓張俊敬佩不已。

同樣在得州大學(xué)訪問(wèn)學(xué)習(xí)過(guò)的夏陽(yáng)博士則回憶,有一次實(shí)驗(yàn)樓報(bào)火警,古迪納夫拄著拐杖和大家一起從9樓徒步下樓,從容不迫,很淡定,并且幽默地說(shuō):今天讓我提早下班了。那個(gè)時(shí)候,已經(jīng)94歲的他還堅(jiān)持每天到辦公室工作,大多數(shù)時(shí)候還是自己開(kāi)車(chē)。

整合:劉蘭蘭

美編:原毅

資料來(lái)源:中新網(wǎng)、新華社、科技日?qǐng)?bào)、科學(xué)網(wǎng)、福布斯中國(guó)等

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