锂电池之父古德纳夫辞世：97岁获诺奖，享年100岁
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2023-06-28 11:48:49
导读：也许没有这位老先生，人们的手机可能是一台随时起爆的板砖。
锂离子电池的共同发明者、2019年化学诺贝尔奖得主John Bannister Goodenough 于6月25日去世。这距离他101岁生日仅有一个月。John Goodenough，人称“足够好”老爷爷，Goodenough 去世的消息得到了他的学生Nicholas Grundish的确认。2019年10月9日，诺贝尔化学奖颁向锂电池领域。Goodenough与M. Stanley Whittingham，以及日本科学家吉野彰（Akira Yoshino）共享了这一奖项。以表彰他们在锂离子电池领域作出的贡献。诺贝尔评奖委员会称，三人的研究使锂电池的使用方式更加稳定，从而开启了电子设备便携化进程，为打造一个无线互联的社会奠定基础。引用果壳更科普化的解释，如果没有没有他们，我们每天形影不离的手机就是个随时可能点燃的炸药包。而且Goodenough今年加冕，也刷新诺贝尔奖新纪录——以97岁高龄，成为最年长的诺贝尔奖得主。在此之外，他还是美国国家工程院、美国国家科学院、法国科学院、西班牙皇家科学院、英国皇家学会会员，撰写了超过550篇文章、参与85本著作的编写，是2009年费米奖得主、2017年威尔齐化学奖得主，还获得了英国皇家学会的科普利奖章。但这还不是Goodenough令人称奇、敬佩的全部。当他获奖，外界关注他的履历，才发现其充满坎坷和跌宕的一生，简直就是传奇的一生、榜样的一生，励志的一生。很难想象，这位锂电池之父患有阅读障碍症，成长家庭并不和睦，大学历经二战，30岁才拿下博士学位，年过半百才正式研究电池材料。之后一路开挂，58岁发明钴酸锂电池改变世界，75岁以磷酸铁锂电池再度改变世界，90岁以后开始研究全固态电池。如此高龄，依旧每周上班5天，仍旧有新研究成果问世。如果你会有“现在做是不是太晚”的疑惑，一定要看看Goodenough这传奇的一生。Goodenough出生于1922年，这是一个科学蓬勃发展的时代。在这一年，法国医生卡雷尔发现白血球，加拿大科学家班廷制成人造胰岛素。波尔因关于原子结构以及原子辐射的研究获得诺贝尔奖。之后，费米、薛定谔等量子物理领域的大佬开始展露锋芒。儿时的Goodenough，虽然家就在耶鲁附近，不过出生在了一个学文科的家庭，似乎离这些自然科学家们有些距离。当时，摆在他面前的，是怎么克服自己的阅读障碍症。因为阅读障碍症，在小学和中学时代，他受到了不少同学的戏弄。但在求学过程中，他也慢慢从大自然，以及诗歌和宗教哲学中获得了力量，赢得了学校的奖学金。1940年，18岁的Goodenough考入了耶鲁大学。对于他来说，这种对家庭的逃离让他松了口气，因为他父母关系并不好。就在考入耶鲁大学之前，他的父母离婚了。他父亲（历史教授）很快就与自己的研究助手成婚。这个环境让他颇感压抑，而且他与自己父亲的关系并不怎么好。他去耶鲁读书的时候，只从家里拿到了35美元的资助，而耶鲁的学费至少每年900美元。好在他有奖学金，校长还帮忙安排他去给有钱人家的孩子当家教，靠着半工半读养活自己，他再也没问家里要一分钱。用Goodenough的原话说，就是“每周工作21个小时挣自己的21顿饭。”进入耶鲁之后，Goodenough还是遵循着自己的兴趣，先是选了古典文学，后来转到了哲学，期间还学习过化学。之后，在一名教授的建议下选择了数学专业，并坚持了下去。但这一路也颇为坎坷，就在读大学的第二年，珍珠港事件爆发了。Goodenough选择了主动申请服役，三年后才回到耶鲁大学完成了学业。本打算和朋友一样去报海军陆战队，中途被数学老师叫去说“不要当大兵，我们需要懂数学的人做战争气象预报”，于是没有上前线，而是负责在一个太平洋的海岛上收集数据。1946年，Goodenough迎来了命运的转折。当时，美国政府出资，选派军人去深造，获得了耶鲁大学教授推荐的Goodenough就在其列，他可以选择在芝加哥大学或西北大学学习物理或数学。经过重重考虑，他决定前往芝加哥大学攻读物理学博士。之前就想过考物理研究生，但被管学生注册的人告知，物理学里所有厉害的东西，人家在你这个年纪都已经搞完了，你现在才想着开始啊？最终，他还是考上了芝大物理系，当时是恩里克·费米在管，据说费米一上来就给新生安排了一个32小时的超级大考试，每天8小时，连考4天。第一次考挂了，于是又考了第二次才过，总计64小时。其后师从著名物理学家齐纳，他30岁时发明齐纳二极管。在芝加哥这几年，他主要的研究固态物理学，并打下了坚实的理论基础，对于自己人生方向也有了新的思考。在他求学期间，齐纳也给他提供了很大的帮助，他曾对Goodenough说：“你有两个问题，第一个问题是找到问题，第二个问题是解决问题……”这一理念，对Goodenough产生了很大的影响。30岁获得物理学博士学位之后，经过在MIT的工作以及自身的理解，在牛津大学他选定了自己的方向——电池材料，并一直坚持了下去。我们先从Goodenough如今成名作说起，看看他的科研之路。Goodenough的博士本身读的是固态物理，30岁从芝加哥大学博士毕业，之后去了MIT林肯实验室，研究内存的材料物理和固态陶瓷。24年之后，Goodenough进行了人生第一次“跳槽”。那年，牛津大学需要一位能教无机化学，同时也能管实验室的教授。Goodenough虽然研究的是物理，但他本科的时候为了凑学分学了两门化学课，就因此意外的被选中了，进入牛津大学任教，并成为无机化学研究负责人。正是这一次跳槽，让Goodenough终于在54岁的年纪开始了一项改变世界的研究。Goodenough在牛津主要研究的课题是可用于能量转换的新材料。当时他初到英国，英国化学家、和他一起获得诺奖的Stanley Whittingham发明了最早的可充电锂电池，借助锂能嵌入二硫化钛层间这一特性，用二硫化钛做正极，用锂做负极。当时的消费电子产品只能使用不可充电的碳锌电池，虽然已经有了可充电的铅酸电池，但毕竟用在电动车上的铅酸电池那么笨重，是没法拿来做消费电子产品的。而Whittingham的这项研究，不仅可以靠锂离子的运动进行充电，还能用在小型设备上，并在室温下运行，解决了两种电池的痛点。但Whittingham的研究是没法直接用的，因为有一个大bug：安全问题。正极，二硫化钛，在空气中是非常不稳定；负极，锂，这种金属是易燃；而且，在充放电过程中，锂会快速沉积产生枝晶，这样就容易让电池短路，这也是现在电动车自燃的元凶之一。所以Whittingham发明的这种电池虽然原理可行，但容易爆炸，是个危险品，完全没法应用，需要把正负极的材料都换掉才行。这个时候，学了30年物理的Goodenough有了一个大胆的想法：把锂换成氧化物吧。他判断，氧化物可以让电池在更高的电压下进行充电和放电，根据物理学原理，这种电池会产生更多的电量，并且挥发性会更小。于是他测试了各种氧化物，发现如果把钴这种元素放进去会比较稳定。
终于，在Goodenough到达牛津的四年后的1980年，57岁的他和水岛公一、Philip Jones、Philip Wiseman共同发现了钴酸锂这种物质，让Whittingham的锂电池变得稳定多了。在他的实验室外面，英国皇家化学学会树立了这块蓝色的牌子，纪念钴酸锂的发现。不过，钴酸锂中的锂和金属锂的化合价是不同的，钴酸锂在电池里是一种正极材料，为了凑成一块电池，还需要找一种负极材料。这个时候，日本的索尼出现了，他们发现了石墨可以拿来做负极材料。然而在英国，因为此前发生过爆炸事故，大家闻锂电池色变，甚至Goodenough工作的牛津都不愿意帮忙申请专利，而是让英国原子能研究机构申请到了这个专利，后来被索尼买走。于是，索尼成功接下了这个“烫手山芋”，并和自己研发的负极材料放在一起，创造了新的电池，并将之商业化，用在了各种各样的电子产品中。而Goodenough，甚至没有从如今这价值350亿美元的锂电池市场中赚到钱。不过他本人后来在接受c&en采访的时候反而很淡定：“我当时并不知道它会值这么多钱。”虽然在57岁才发现了让他名声大噪的钴酸锂，但Goodenough似乎就是一个耐久型选手，后来还发现了许多种电池材料：1983年，61岁的他发现锰尖晶石正极材料；1997年，75岁的他发现磷酸铁锂正极材料，这些都是电池正极的升级替代品。甚至，为了持续做研究，他还打了牛津退休政策的擦边球。本来，牛津大学要求65岁强制退休的，但Goodenough不想退休，于是他在64岁的时候又跳槽了。这次，他回到了美国，在德州大学奥斯汀分校当机械工程和材料科学教授，继续做研究。Goodenough接受媒体采访时也谈到了自己的问题，他说：我想解决汽车的问题，我想让汽车尾气从全世界的高速公路上消失。我希望死前能看到这一天，我今年 96 岁，还有时间。他还在采访中说：我不想退休等死，我想努力奋斗，我相信我们正在做的事情是非常重要的。
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