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54岁研究锂电池、97岁拿诺奖,他是怎么做到的?
2019-10-10 15:00

54岁研究锂电池、97岁拿诺奖,他是怎么做到的?

文章来自微信公众号:,作者:郭一璞、乾明,头图来自:东方IC


97岁,他还奋战在科研一线。


John B. Goodenough,人称“足够好”老爷爷,刚刚加冕诺贝尔奖。


10月9日,2019年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。


一分彩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。


一分彩而且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。


一分彩至今如此高龄,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XX是不是太晚”的疑惑,一定要看看Goodenough这传奇的一生。


一分彩如何成为锂电池之父?


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。


一分彩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。


一分彩然而在英国,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。


一分彩而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。


阅读障碍症患者,文学少年读物理PhD


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。


但数十年后,他也将成为他们中的一员。


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。


毕业之后,他再度返回战场,加入了美国空军。


一分彩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。


还能再战,不想退休等死



直到现在,他还在科研一线继续解决“问题”。


去年,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。


一分彩而且,解决问题并不仅仅只是靠口号。


Goodenough仍旧活跃在科研前线,就在最近,他和自己的团队还发现了一种用于钠离子电池的新型安全正极材料。


一分彩并仍旧有作品发表,比如这篇:。


一分彩就在几个月前,他还在采访中说:


一分彩“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。”


一分彩这些重要的事情有很多,比如他尝试用自然界中存量更多的钠代替锂作为电池材料,以降低电池的成本。


一分彩再比如,如何用金属锂做正极,制造出更强大的电池。


还有电解质方面,Goodenough也在尝试用玻璃固态电解质做出更安全的电池。


据说,“足够好”老爷爷现在依旧精力充沛,有人在知乎上回答说,整个走廊都能听到他爽朗的笑声。


嗯,足够好,还会更好。



参考链接:

http://cen。acs。org/people/profiles/Podcast-97-lithium-ion-battery/97/i35

http://www.guokr.com/article/442412/

http://mp。weixin。qq。com/s/XVqC0FBKXCYLnHZ6CjVyfw

http://en.wikipedia.org/wiki/John_B._Goodenoug

hhttp://story.kedo.gov.cn/c/2018-12-19/961042.shtml


文章来自微信公众号:,作者:郭一璞、乾明

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