诺贝尔化学奖公布后的60小时,他97岁的人生被我扒了个遍

原标题:诺贝尔化学奖公布后的60小时,他97岁的人生被我扒了个遍

文 | 米饭

前两天,2019年诺贝尔化学奖授予美籍科学家约翰·古迪纳夫、英籍科学家斯坦利·威廷汉和日籍科学家吉野彰,以表彰他们在锂电池领域的贡献。

如果没有锂电池,将不会有智能手机,平板电脑和笔记本电脑,也不会有电动汽车、各种便携式电子产品、电动工具等等。可以说,锂电池的出现,完全改变了现代人的生活。

2019年诺贝尔化学奖的三位获奖者

其中,“足够好”(Goodenough)爷爷古迪纳夫已经97岁,成为史上年龄最大的诺奖获得者。

作为二次电池产业的重要学者,“锂电池之父”古迪纳夫,发明了锂离子电池的阴极材质钴酸锂,为现代锂离子电池做出了先驱性的贡献。

因为刷牙而错过诺贝尔组委会电话的古迪纳夫,在nature的电话采访中,重提了超级电池的问题:

世界需要一个新型超级电池。或者说,我们必须为环境问题和能源问题而做出改变。”5年前,他还说过这样一句话:我只有92岁,我还有时间去解决问题。

拿着35美元上大学

他的成长生活充满了困难

古迪纳夫在康涅狄格州纽黑文市郊外的一个乡村长大,他的父亲欧文(Erwin)是耶鲁大学宗教史学者。古迪纳夫回忆说,他父母的关系“是一场灾难”,他们对孩子也很冷漠。

在自传中,古迪纳夫提到,他的兄弟姐妹,一只叫Mack的狗,家里的佣人,附近的邻居,都对自己产生过积极的影响,他唯独没提起自己的父母。

因为有阅读障碍,古迪纳夫无法在教室里读书,他喜欢在大自然中游荡,探索树林,抓蝴蝶和土拨鼠,有次他扒了一张臭鼬的皮,被妈妈禁止进来吃饭。

(古迪纳夫在牛津大学)

但这些并没有耽误他自学阅读和写作。

12岁时,古迪纳夫被马萨诸塞州的一所私立寄宿学校授予奖学金。进入寄宿学校后,古迪纳夫很少再收到父母的来信。

那之后,古迪纳夫的父母离婚,父亲再娶了大学里的研究助手。父母两人都不关心古迪纳夫。古迪纳夫收到耶鲁大学的通知书,他父亲给了他35美元,对他说:“小子,拿去吧,你可以去上大学了。”

那时耶鲁大学每年的学费大概是900美元。

为了维持生计,在大学期间古迪纳夫每周工作21小时,夏天时则去给富人家的儿子们补习功课,再加上奖学金,这让古迪纳夫有了足够的钱来支付学费,养活自己。

前后考试64小时

敲开了物理学的大门

古迪纳夫上大二那年,二战爆发,他本想去参加志愿服务,但数学教授把古迪纳夫找到办公室:“不要像其他同学一样去报海军陆战队,我们需要一些知道数学知识的人来做战争气象预报。”

(牛津时期的古迪纳夫 )

1944年,从耶鲁大学毕业的古迪纳夫,被派去一个海岛,担任气象学家。战争结束后,一直保持联系的耶鲁大学数学教授,建议古迪纳夫去读研究生,他选择了芝加哥大学的物理学专业。

为了赶上其他班级的进度,古迪纳夫报名参加初级本科班,一位负责登记的教授说:“我真不理解你们这些退伍军人。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?

举世闻名的物理学大师恩里克·费米(Enrico Fermi),负责监督一个秘密的核链反应项目。

物理学大师恩里克·费米

为了加入这个团队,古迪纳夫参加了32个小时的考试,每天8小时,考了4天才结束。第一次古迪纳夫考挂了,于是又考了第二次才过,总计64小时。

当时是芝加哥大学的凝聚态材料教授、“齐纳二极管”的发明者齐纳(Clarence Zener),成了古迪纳夫的导师。

(古迪纳夫的博士导师,物理学家齐纳)

齐纳对他说:现在你有两个问题。第一个问题是找到一个问题。第二个问题是把它解决掉。祝好运。”

就这样,古迪纳夫进入了凝聚态材料科学领域。

54岁拿到牛津offer

开始研究电池

1976年,古迪纳夫去了牛津大学,成为牛津大学无机化学实验室主任,进入了能源研究的世界里。

当时,一位名叫斯坦利·惠廷汉姆(Stanley Whittingham,和古迪纳夫一同获得诺奖)的英国化学家,利用锂外层电子脱出时释放的巨大能量研制出了首个实用的锂电池。

石油巨头埃克森美孚根据惠廷汉姆的发现,开发可商用的电池,并申请了锂电池发明专利。

这种电池比其他电池更能储电、重量更轻、功能更强大,然而锂的化学性质过于活泼,稍微与空气接触,就会很容易着火。

(锂枝晶现象,它们会使电池短路,导致着火甚至爆炸)

古迪纳夫相信他可以创造出更好的电池,为新能源的开发做出贡献。他开始寻找新材料来替代金属锂。

1980年,古迪纳夫找到了这种合适的材质——钴酸锂,解决了早期锂电池容易产生枝晶然后爆炸的问题。使用这种质量轻,能量密度高的新型正极材料,可以研制出高容量、更安全的电池。

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

但因为之前的事故,牛津大学没有重视古迪纳夫的研究。

古迪纳夫把专利送给了牛津大学附近的政府实验室。接着,专利又被索尼买走继续开发,成为了今天各种便携设备电池的基础。今天,锂离子电池至少价值350亿美元,古迪纳夫没有拿到这些钱。

但古迪纳夫并不在意这件事,他说:“反正我做这个的时候也不知道会这么值钱……我只知道这是件我应该做的事情。

(牛津大学在古迪纳夫当年实验室门外竖起了牌匾,纪念钴酸锂的发现)

那一年,古迪纳夫57岁。

古迪纳夫一直没有停止研发更好的电池。

1983年,古迪纳夫发现锰尖晶石是优良的正极材料。这种材料的分解温度高,且氧化性远低于钴酸锂,即使出现短路、过充电,也能够避免了燃烧、爆炸的危险。截止2013年,锰尖晶石已经被用于商业电池。

1989年,古迪纳夫发现采用聚电解质(例如硫酸盐)的正极将产生更高的电压,原因是聚电解质的电磁感应效应。

磷酸铁锂晶体结构,其中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

1997年,古迪纳夫发现了磷酸锂铁LFP正极材料,它的晶体结构更稳定,使用寿命更长,充电也更快,古迪纳夫也被称为是“锂离子电池之父”。

拿诺奖并不是结束

还有一个更大的想法

因为牛津有65岁强制退休政策,所以在64岁的时候,古迪纳夫去了德克萨斯大学奥斯汀分校,作为机械工程和材料科学教授,继续自己的研究工作。

(德克萨斯大学奥斯汀分校,古迪纳夫与学生在办公室讨论)

现在,古迪纳夫正在研究电池科学界里每个人都在努力的一些大问题。其中之一是弄清楚如何用钠代替锂,钠基本上可以无限供应,但锂不是。另一个巨大的挑战,是如何制造更强大的电池——古迪纳夫想重新用回金属锂正极,打造成超级电池。

使用这种超级电池的电动车,可以和内燃机汽车相媲美。使用这种超级电池,也可以更好地储存风能和太阳能。

锂很危险,但如果能把纯锂制成正极材料,所得到的新型超级电池,将比目前的电池多出60%的能量。

只所以选择这项棘手的研究,并不单纯是为了用最后一项重大发明来结束古迪纳夫自己的职业生涯,更多是因为——

我不想等待死亡,我相信我们正在努力的事情非常重要。在环境污染和资源短缺真正引发严重问题之前,我们还有足够的时间来突破。”而锂电池可以推动清洁能源技术和电动汽车的发展,有助于减少温室气体和细颗粒物的排放。

(思考新研究课题的古迪纳夫)

在此前的一次采访中,古迪纳夫提到,生活取决于选择。我可能没有钱,但我一直都在做出很好的选择。可以说,我尽力了。

虽然已经荣誉等身,但97岁的古迪纳夫,并没有停止探索的步伐,他每天前往大学里的实验室,和助手们研究着新型超级电池。

正如他的名字(Goodenough)一样,觉得不够好,就选择更努力。

参考资料:

【1】Podcast: At 97, lithium-ion battery pioneer John Goodenough says his work is not done

【2】The man who brought us the lithium-ion battery at the age of 57 has an idea for a new one at 92

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