前兩天，2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予美籍科學(xué)家約翰·古迪納夫、英籍科學(xué)家斯坦利·威廷漢和日籍科學(xué)家吉野彰，以表彰他們?cè)阡囯姵仡I(lǐng)域的貢獻(xiàn)。
如果沒(méi)有鋰電池，將不會(huì)有智能手機(jī)，平板電腦和筆記本電腦，也不會(huì)有電動(dòng)汽車、各種便攜式電子產(chǎn)品、電動(dòng)工具等等?？梢哉f(shuō)，鋰電池的出現(xiàn)，完全改變了現(xiàn)代人的生活。
（2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的三位獲獎(jiǎng)?wù)撸?/span>
其中，“足夠好”（Goodenough）爺爺古迪納夫已經(jīng)97歲，成為史上年齡最大的諾獎(jiǎng)獲得者。
作為二次電池產(chǎn)業(yè)的重要學(xué)者，“鋰電池之父”古迪納夫，發(fā)明了鋰離子電池的陰極材質(zhì)鈷酸鋰，為現(xiàn)代鋰離子電池做出了先驅(qū)性的貢獻(xiàn)。
因?yàn)樗⒀蓝e(cuò)過(guò)諾貝爾組委會(huì)電話的古迪納夫，在nature的電話采訪中，重提了超級(jí)電池的問(wèn)題：
“世界需要一個(gè)新型超級(jí)電池。或者說(shuō)，我們必須為環(huán)境問(wèn)題和能源問(wèn)題而做出改變?！?年前，他還說(shuō)過(guò)這樣一句話：我只有92歲，我還有時(shí)間去解決問(wèn)題。
01 拿著35美元上大學(xué)
他的成長(zhǎng)生活充滿了困難
古迪納夫在康涅狄格州紐黑文市郊外的一個(gè)鄉(xiāng)村長(zhǎng)大，他的父親歐文（Erwin）是耶魯大學(xué)宗教史學(xué)者。古迪納夫回憶說(shuō)，他父母的關(guān)系“是一場(chǎng)災(zāi)難”，他們對(duì)孩子也很冷漠。
在自傳中，古迪納夫提到，他的兄弟姐妹，一只叫Mack的狗，家里的傭人，附近的鄰居，都對(duì)自己產(chǎn)生過(guò)積極的影響，他唯獨(dú)沒(méi)提起自己的父母。
因?yàn)橛虚喿x障礙，古迪納夫無(wú)法在教室里讀書，他喜歡在大自然中游蕩，探索樹(shù)林，抓蝴蝶和土撥鼠，有次他扒了一張臭鼬的皮，被媽媽禁止進(jìn)來(lái)吃飯。
（古迪納夫在牛津大學(xué)）
但這些并沒(méi)有耽誤他自學(xué)閱讀和寫作。
12歲時(shí)，古迪納夫被馬薩諸塞州的一所私立寄宿學(xué)校授予獎(jiǎng)學(xué)金。進(jìn)入寄宿學(xué)校后，古迪納夫很少再收到父母的來(lái)信。
那之后，古迪納夫的父母離婚，父親再娶了大學(xué)里的研究助手。父母兩人都不關(guān)心古迪納夫。古迪納夫收到耶魯大學(xué)的通知書，他父親給了他35美元，對(duì)他說(shuō)：“小子，拿去吧，你可以去上大學(xué)了?！?/span>
那時(shí)耶魯大學(xué)每年的學(xué)費(fèi)大概是900美元。
為了維持生計(jì)，在大學(xué)期間古迪納夫每周工作21小時(shí)，夏天時(shí)則去給富人家的兒子們補(bǔ)習(xí)功課，再加上獎(jiǎng)學(xué)金，這讓古迪納夫有了足夠的錢來(lái)支付學(xué)費(fèi)，養(yǎng)活自己。
02 前后考試64小時(shí)
敲開(kāi)了物理學(xué)的大門
古迪納夫上大二那年，二戰(zhàn)爆發(fā)，他本想去參加志愿服務(wù)，但數(shù)學(xué)教授把古迪納夫找到辦公室：“不要像其他同學(xué)一樣去報(bào)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)，我們需要一些知道數(shù)學(xué)知識(shí)的人來(lái)做戰(zhàn)爭(zhēng)氣象預(yù)報(bào)。”
1944年，從耶魯大學(xué)畢業(yè)的古迪納夫，被派去一個(gè)海島，擔(dān)任氣象學(xué)家。戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后，一直保持聯(lián)系的耶魯大學(xué)數(shù)學(xué)教授，建議古迪納夫去讀研究生，他選擇了芝加哥大學(xué)的物理學(xué)專業(yè)。
為了趕上其他班級(jí)的進(jìn)度，古迪納夫報(bào)名參加初級(jí)本科班，一位負(fù)責(zé)登記的教授說(shuō)：“我真不理解你們這些退伍軍人。物理學(xué)里所有厲害的東西，人家在你這個(gè)年紀(jì)都已經(jīng)搞完了，你現(xiàn)在才想著開(kāi)始?。?/strong>”
舉世聞名的物理學(xué)大師恩里克·費(fèi)米（Enrico Fermi），負(fù)責(zé)監(jiān)督一個(gè)秘密的核鏈反應(yīng)項(xiàng)目。
為了加入這個(gè)團(tuán)隊(duì)，古迪納夫參加了32個(gè)小時(shí)的考試，每天8小時(shí)，考了4天才結(jié)束。第一次古迪納夫考掛了，于是又考了第二次才過(guò)，總計(jì)64小時(shí)。
當(dāng)時(shí)是芝加哥大學(xué)的凝聚態(tài)材料教授、“齊納二極管”的發(fā)明者齊納（Clarence Zener），成了古迪納夫的導(dǎo)師。
（古迪納夫的博士導(dǎo)師，物理學(xué)家齊納）
齊納對(duì)他說(shuō)：現(xiàn)在你有兩個(gè)問(wèn)題。第一個(gè)問(wèn)題是找到一個(gè)問(wèn)題。第二個(gè)問(wèn)題是把它解決掉。祝好運(yùn)?！?/span>
就這樣，古迪納夫進(jìn)入了凝聚態(tài)材料科學(xué)領(lǐng)域。
1976年，古迪納夫去了牛津大學(xué)，成為牛津大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任，進(jìn)入了能源研究的世界里。
當(dāng)時(shí)，一位名叫斯坦利·惠廷漢姆（Stanley Whittingham，和古迪納夫一同獲得諾獎(jiǎng)）的英國(guó)化學(xué)家，利用鋰外層電子脫出時(shí)釋放的巨大能量研制出了首個(gè)實(shí)用的鋰電池。
石油巨頭?？松梨诟鶕?jù)惠廷漢姆的發(fā)現(xiàn)，開(kāi)發(fā)可商用的電池，并申請(qǐng)了鋰電池發(fā)明專利。
這種電池比其他電池更能儲(chǔ)電、重量更輕、功能更強(qiáng)大，然而鋰的化學(xué)性質(zhì)過(guò)于活潑，稍微與空氣接觸，就會(huì)很容易著火。
（鋰枝晶現(xiàn)象，它們會(huì)使電池短路，導(dǎo)致著火甚至爆炸）
古迪納夫相信他可以創(chuàng)造出更好的電池，為新能源的開(kāi)發(fā)做出貢獻(xiàn)。他開(kāi)始尋找新材料來(lái)替代金屬鋰。
1980年，古迪納夫找到了這種合適的材質(zhì)——鈷酸鋰，解決了早期鋰電池容易產(chǎn)生枝晶然后爆炸的問(wèn)題。使用這種質(zhì)量輕，能量密度高的新型正極材料，可以研制出高容量、更安全的電池。
（鈷酸鋰晶體結(jié)構(gòu)，其中白色的圓球表示鋰原子，紅色表示氧原子，藍(lán)色表示鈷原子）
但因?yàn)橹暗氖鹿?，牛津大學(xué)沒(méi)有重視古迪納夫的研究。
古迪納夫把專利送給了牛津大學(xué)附近的政府實(shí)驗(yàn)室。接著，專利又被索尼買走繼續(xù)開(kāi)發(fā)，成為了今天各種便攜設(shè)備電池的基礎(chǔ)。今天，鋰離子電池至少價(jià)值350億美元，古迪納夫沒(méi)有拿到這些錢。
但古迪納夫并不在意這件事，他說(shuō)：“反正我做這個(gè)的時(shí)候也不知道會(huì)這么值錢……我只知道這是件我應(yīng)該做的事情。”
（牛津大學(xué)在古迪納夫當(dāng)年實(shí)驗(yàn)室門外豎起了牌匾，紀(jì)念鈷酸鋰的發(fā)現(xiàn)）
古迪納夫一直沒(méi)有停止研發(fā)更好的電池。
1983年，古迪納夫發(fā)現(xiàn)錳尖晶石是優(yōu)良的正極材料。這種材料的分解溫度高，且氧化性遠(yuǎn)低于鈷酸鋰，即使出現(xiàn)短路、過(guò)充電，也能夠避免了燃燒、爆炸的危險(xiǎn)。截止2013年，錳尖晶石已經(jīng)被用于商業(yè)電池。
1989年，古迪納夫發(fā)現(xiàn)采用聚電解質(zhì)（例如硫酸鹽）的正極將產(chǎn)生更高的電壓，原因是聚電解質(zhì)的電磁感應(yīng)效應(yīng)。
（磷酸鐵鋰晶體結(jié)構(gòu)，其中白色的圓球表示鋰原子，紅色表示氧原子，紫色表示磷原子，黃色表示鐵原子）
1997年，古迪納夫發(fā)現(xiàn)了磷酸鋰鐵LFP正極材料，它的晶體結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，使用壽命更長(zhǎng)，充電也更快，古迪納夫也被稱為是“鋰離子電池之父”。
04 拿諾獎(jiǎng)并不是結(jié)束
還有一個(gè)更大的想法
因?yàn)榕＝蛴?5歲強(qiáng)制退休政策，所以在64歲的時(shí)候，古迪納夫去了德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校，作為機(jī)械工程和材料科學(xué)教授，繼續(xù)自己的研究工作。
（德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校，古迪納夫與學(xué)生在辦公室討論）
現(xiàn)在，古迪納夫正在研究電池科學(xué)界里每個(gè)人都在努力的一些大問(wèn)題。其中之一是弄清楚如何用鈉代替鋰，鈉基本上可以無(wú)限供應(yīng)，但鋰不是。另一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，是如何制造更強(qiáng)大的電池——古迪納夫想重新用回金屬鋰正極，打造成超級(jí)電池。
使用這種超級(jí)電池的電動(dòng)車，可以和內(nèi)燃機(jī)汽車相媲美。使用這種超級(jí)電池，也可以更好地儲(chǔ)存風(fēng)能和太陽(yáng)能。
鋰很危險(xiǎn)，但如果能把純鋰制成正極材料，所得到的新型超級(jí)電池，將比目前的電池多出60%的能量。
只所以選擇這項(xiàng)棘手的研究，并不單純是為了用最后一項(xiàng)重大發(fā)明來(lái)結(jié)束古迪納夫自己的職業(yè)生涯，更多是因?yàn)椤?/span>
“我不想等待死亡，我相信我們正在努力的事情非常重要。在環(huán)境污染和資源短缺真正引發(fā)嚴(yán)重問(wèn)題之前，我們還有足夠的時(shí)間來(lái)突破。”而鋰電池可以推動(dòng)清潔能源技術(shù)和電動(dòng)汽車的發(fā)展，有助于減少溫室氣體和細(xì)顆粒物的排放。
在此前的一次采訪中，古迪納夫提到，生活取決于選擇。我可能沒(méi)有錢，但我一直都在做出很好的選擇。可以說(shuō)，我盡力了。
雖然已經(jīng)榮譽(yù)等身，但97歲的古迪納夫，并沒(méi)有停止探索的步伐，他每天前往大學(xué)里的實(shí)驗(yàn)室，和助手們研究著新型超級(jí)電池。
正如他的名字（Goodenough）一樣，覺(jué)得不夠好，就選擇更努力。
【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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