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一生追求储能,99岁高龄仍在研究电池技术!锂电池正极材料发明人约翰的传奇人生!

日期:2021-07-27    来源:储能头条(微信号:chuneng365)

国际储能网

2021
07/27
08:25
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关键词: 储能技术 锂电池正极材料 约翰·古迪纳夫

或许你很难想象,我们今天可以用上手机、笔记本电脑等便携式电子产品,需要感谢的是一位名叫约翰·古迪纳夫(John Goodenough)的老人。如果不是他数十年如一日地研发锂电池正极材料,我们恐怕至今还在为便携式电子产品储能问题大伤脑筋。时年已经99岁高龄的约翰·古迪纳夫依然在持续研究储能技术,他希望有生之年可以找到更好的储能材料。

在2019年诺贝尔获奖仪式上,化学类奖项颁给了一位97岁的老人约翰·古迪纳夫,他对人类的贡献正像他的姓氏一样——足够好(英文Goodenough就是足够好的意思),因为他创造了一个可充电的世界。

手持一枚锂电池的约翰·古迪纳夫

“缺陷儿童”成功逆袭

出身于书香门第的约翰,儿时却充满不幸。他的父母虽然都是高知,父亲还是哈佛大学教授,但因为夫妻关系不好,父亲对待约翰态度冷漠而严厉,用约翰自己的话说“简直就是一场灾难”。约翰童年还患上了严重的阅读障碍,如果看书时不用手指一字一句的点读是无法理解文字所表达的意思。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。

但就是这样一个同学、老师、甚至父母都不看好的“缺陷儿童”通过自己一遍遍的努力,靠着不服输的信念和与生俱来的天赋,成功完成逆袭的第一步:18岁那年,约翰考上了耶鲁大学。

就在升入大学之前,约翰的父母离了婚。当时耶鲁大学的学费是900美元,而父亲只支付35美元学费。依靠给孩子们做家教,约翰凑够了学费。进入耶鲁之后,约翰遵循着自己的兴趣,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。

1943年,大学毕业的他正发愁毕业后应该做什么,因为珍珠港的轰炸,将本来隔岸观火的美国拖入了二战中。于是他报名参加了美国空军,不过军队里正需要懂数学的人做战争气象预报,于是他没有上前线,而是负责在一个太平洋的海岛上收集数据。

大学时期

职务虽然不起眼,但是正是在那座小岛上,约翰发现了自己愿意付出并认定了的方向——科研。

跨专业的选择

1946年,约翰迎来了命运的转折。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约翰就在其列,他可以选择在芝加哥大学或西北大学学习物理或数学。经过考虑,他决定前往芝加哥大学攻读物理学博士。

当时的芝加哥大学物理系是恩里克·费米在负责,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。约翰第一次没有通过,又考了第二次才算正式进入芝加哥大学。

当时,很多物理系教授都瞧不上这个半路出家的大龄青年:“在你这个年纪,那些物理学巨匠们早就荣誉加身了。”

确实,那时的物理学界是英才辈出的年代,爱因斯坦26岁提出了相对论,爱迪生32岁发明了白炽灯,居里夫人36岁已经拿到了诺贝尔奖。

比起这些前辈,约翰的确差了一些。但他并不气馁,30岁的约翰拿到了芝加哥大学物理学博士的学位。

约翰博士毕业后被推荐去了麻省理工的的林肯实验室,主攻固体磁性的相关研究。他扎扎实实在实验室待了20年。在这20年的时间里,约翰的天赋与功底得到充分发挥,他对随机存取存储器的发展做了贡献,这个技术就是后来的电脑内存。他甚至还和别人合作,冠名了一个固体磁性的规则——Goodenough-Kanamori规则。还是在这里,他第一次接触到了电池,不过当时他研究的是钠硫电池技术。

年过半百才开始研究锂电

约翰本来以为一生就可以这么平淡地过下去,但没想到生活的波折又接踵而至。

1976年,约翰54岁,本来研究得好好的,突然得知项目经费被砍了。年过半百的他面临失业危险,不得不在头发都开始变白的时候又像年轻人一样去找新的工作。好在凭借之前优秀的工作经历,他有幸来到了牛津大学工作。

牛津时期

就这样,一个物理学博士成为牛津大学无机化学实验室的主任,他这才正式开始研究锂电池技术。

上世纪70年代末,电子产品刚刚开始流行,电子表、随身听开始走进人们的日常生活。但当时的锂电池有一个致命的缺点:特别容易爆炸!

因为锂电池中的金属锂在空气中非常不稳定,很容易自燃;并且在充放电的过程中,锂会快速产生一种叫“枝晶”的东西,很容易造成电池短路。

约翰研究的方向就是要解决这个问题,57岁,他和其他两名科学家一起发现了钴酸锂这种物质,让锂电池的性质变得稳定多了,使锂电池的扩大使用变成了可能。

钴酸锂晶体结构,其中白色的圆球表示锂原子,红色表示氧原子,蓝色表示钴原子

但牛津大学却并不看好这项有些“鸡肋”的技术,甚至都不愿意帮他申请专利。

后来这个专利被日本的索尼公司买走,并成功实现了商业化,而约翰直到现在都没有从价值几百亿的锂电池市场中赚到一分钱。后来接受采访时,他只是淡定地说:“反正我做这个的时候也不知道它会这么值钱,我只知道这就是我应该去做的事。”

64岁高龄再度跳槽

约翰在57岁发明了锂电新的正极材料,但他没有停止研究的步伐,1983年,61岁的他发现锰尖晶石正极材料。

因为牛津大学有65岁强制退休的传统,64岁那年,希望继续搞科研的约翰又跳槽了,他去了德州大学奥斯汀分校做机械工程和材料科学教授,继续做研究。

1997年,75岁的约翰发现了磷酸铁锂正极材料,这种材料比之前的钴酸锂更便宜也更安全,这项发明直接催生了“可携带便携电子设备”的诞生。

磷酸铁锂晶体结构,白色的圆球表示锂原子,红色表示氧原子,紫色表示磷原子,黄色表示铁原子

可以说,我们现在能用上智能手机、平板电脑、笔记本电脑,其中都有约翰的功劳。

2012年,90岁的约翰开始把研究方向转向全固态电池。2017年,95岁,有人问他没有拿到诺奖会不会遗憾,他说:“无所谓,我已经goodenough(足够好了)。

97岁,约翰终于获得诺贝尔化学奖。但老爷子还是每天去实验室,因为他希望能研制出一种能储存太阳能和风能的超级电池,这样就能让电动汽车和内燃机汽车真正匹敌。

约翰为锂离子电池领域所做的贡献远不是一个诺贝尔奖可以说明的,他与斯坦利·惠廷厄姆和吉野彰都被誉为“锂电池之父”,这个称号或许可以让大家意识到他们的研究有着多么重大的意义。

思考新研究课题的“足够好”老爷子

约翰自三十岁之后就一直在从事他痴迷的科研活动,因为他永远铭记他的博士导师齐纳教授对他说的那句话:“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。”让咱们期待他在有生之年还能找到更好的电池材料。


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