熱門文章
-
以學正風強根基 篤行致遠踐初心 2025-05-06 -
高校分類評價機制構建的重要經驗與關鍵要點 2025-04-10 -
三部門聯合發文：加強語言文字復合型人才培養 2025-04-01
深扒諾貝爾化學獎獲獎者97年的人生
2019-10-12 | 文章來源：網絡 | 分享到：
前兩天，2019年諾貝爾化學獎授予美籍科學家約翰·古迪納夫、英籍科學家斯坦利·威廷漢和日籍科學家吉野彰，以表彰他們在鋰電池領域的貢獻。
如果沒有鋰電池，將不會有智能手機，平板電腦和筆記本電腦，也不會有電動汽車、各種便攜式電子產品、電動工具等等。可以說，鋰電池的出現，完全改變了現代人的生活。
（2019年諾貝爾化學獎的三位獲獎者）
其中，“足夠好”（Goodenough）爺爺古迪納夫已經97歲，成為史上年齡最大的諾獎獲得者。
作為二次電池產業的重要學者，“鋰電池之父”古迪納夫，發明了鋰離子電池的陰極材質鈷酸鋰，為現代鋰離子電池做出了先驅性的貢獻。
因為刷牙而錯過諾貝爾組委會電話的古迪納夫，在nature的電話采訪中，重提了超級電池的問題：
“世界需要一個新型超級電池。或者說，我們必須為環境問題和能源問題而做出改變。”5年前，他還說過這樣一句話：我只有92歲，我還有時間去解決問題。
拿著35美元上大學
他的成長生活充滿了困難
古迪納夫在康涅狄格州紐黑文市郊外的一個鄉村長大，他的父親歐文（Erwin）是耶魯大學宗教史學者。古迪納夫回憶說，他父母的關系“是一場災難”，他們對孩子也很冷漠。
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，都對自己產生過積極的影響，他唯獨沒提起自己的父母。
因為有閱讀障礙，古迪納夫無法在教室里讀書，他喜歡在大自然中游蕩，探索樹林，抓蝴蝶和土撥鼠，有次他扒了一張臭鼬的皮，被媽媽禁止進來吃飯。
（古迪納夫在牛津大學）
但這些并沒有耽誤他自學閱讀和寫作。
12歲時，古迪納夫被馬薩諸塞州的一所私立寄宿學校授予獎學金。進入寄宿學校后，古迪納夫很少再收到父母的來信。
那之后，古迪納夫的父母離婚，父親再娶了大學里的研究助手。父母兩人都不關心古迪納夫。古迪納夫收到耶魯大學的通知書，他父親給了他35美元，對他說：“小子，拿去吧，你可以去上大學了。”
那時耶魯大學每年的學費大概是900美元。
為了維持生計，在大學期間古迪納夫每周工作21小時，夏天時則去給富人家的兒子們補習功課，再加上獎學金，這讓古迪納夫有了足夠的錢來支付學費，養活自己。
前后考試64小時
敲開了物理學的大門
古迪納夫上大二那年，二戰爆發，他本想去參加志愿服務，但數學教授把古迪納夫找到辦公室：“不要像其他同學一樣去報海軍陸戰隊，我們需要一些知道數學知識的人來做戰爭氣象預報。”
（牛津時期的古迪納夫 ）
1944年，從耶魯大學畢業的古迪納夫，被派去一個海島，擔任氣象學家。戰爭結束后，一直保持聯系的耶魯大學數學教授，建議古迪納夫去讀研究生，他選擇了芝加哥大學的物理學專業。
為了趕上其他班級的進度，古迪納夫報名參加初級本科班，一位負責登記的教授說：“我真不理解你們這些退伍軍人。物理學里所有厲害的東西，人家在你這個年紀都已經搞完了，你現在才想著開始啊？”
舉世聞名的物理學大師恩里克·費米（Enrico Fermi），負責監督一個秘密的核鏈反應項目。
（物理學大師恩里克·費米）
為了加入這個團隊，古迪納夫參加了32個小時的考試，每天8小時，考了4天才結束。第一次古迪納夫考掛了，于是又考了第二次才過，總計64小時。
當時是芝加哥大學的凝聚態材料教授、“齊納二極管”的發明者齊納（Clarence Zener），成了古迪納夫的導師。
（古迪納夫的博士導師，物理學家齊納）
齊納對他說：現在你有兩個問題。第一個問題是找到一個問題。第二個問題是把它解決掉。祝好運。”
就這樣，古迪納夫進入了凝聚態材料科學領域。
54歲拿到牛津offer
開始研究電池
1976年，古迪納夫去了牛津大學，成為牛津大學無機化學實驗室主任，進入了能源研究的世界里。
當時，一位名叫斯坦利·惠廷漢姆（Stanley Whittingham，和古迪納夫一同獲得諾獎）的英國化學家，利用鋰外層電子脫出時釋放的巨大能量研制出了首個實用的鋰電池。
石油巨頭埃克森美孚根據惠廷漢姆的發現，開發可商用的電池，并申請了鋰電池發明專利。
這種電池比其他電池更能儲電、重量更輕、功能更強大，然而鋰的化學性質過于活潑，稍微與空氣接觸，就會很容易著火。
（鋰枝晶現象，它們會使電池短路，導致著火甚至爆炸）
古迪納夫相信他可以創造出更好的電池，為新能源的開發做出貢獻。他開始尋找新材料來替代金屬鋰。
1980年，古迪納夫找到了這種合適的材質——鈷酸鋰，解決了早期鋰電池容易產生枝晶然后爆炸的問題。使用這種質量輕，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。
（鈷酸鋰晶體結構，其中白色的圓球表示鋰原子，紅色表示氧原子，藍色表示鈷原子）
但因為之前的事故，牛津大學沒有重視古迪納夫的研究。
古迪納夫把專利送給了牛津大學附近的政府實驗室。接著，專利又被索尼買走繼續開發，成為了今天各種便攜設備電池的基礎。今天，鋰離子電池至少價值350億美元，古迪納夫沒有拿到這些錢。
但古迪納夫并不在意這件事，他說：“反正我做這個的時候也不知道會這么值錢……我只知道這是件我應該做的事情。”
（牛津大學在古迪納夫當年實驗室門外豎起了牌匾，紀念鈷酸鋰的發現）
那一年，古迪納夫57歲。
古迪納夫一直沒有停止研發更好的電池。
1983年，古迪納夫發現錳尖晶石是優良的正極材料。這種材料的分解溫度高，且氧化性遠低于鈷酸鋰，即使出現短路、過充電，也能夠避免了燃燒、爆炸的危險。截止2013年，錳尖晶石已經被用于商業電池。
1989年，古迪納夫發現采用聚電解質（例如硫酸鹽）的正極將產生更高的電壓，原因是聚電解質的電磁感應效應。
（磷酸鐵鋰晶體結構，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，古迪納夫發現了磷酸鋰鐵LFP正極材料，它的晶體結構更穩定，使用壽命更長，充電也更快，古迪納夫也被稱為是“鋰離子電池之父”。
拿諾獎并不是結束
還有一個更大的想法
因為牛津有65歲強制退休政策，所以在64歲的時候，古迪納夫去了德克薩斯大學奧斯汀分校，作為機械工程和材料科學教授，繼續自己的研究工作。
（德克薩斯大學奧斯汀分校，古迪納夫與學生在辦公室討論）
現在，古迪納夫正在研究電池科學界里每個人都在努力的一些大問題。其中之一是弄清楚如何用鈉代替鋰，鈉基本上可以無限供應，但鋰不是。另一個巨大的挑戰，是如何制造更強大的電池——古迪納夫想重新用回金屬鋰正極，打造成超級電池。
使用這種超級電池的電動車，可以和內燃機汽車相媲美。使用這種超級電池，也可以更好地儲存風能和太陽能。
鋰很危險，但如果能把純鋰制成正極材料，所得到的新型超級電池，將比目前的電池多出60%的能量。
只所以選擇這項棘手的研究，并不單純是為了用最后一項重大發明來結束古迪納夫自己的職業生涯，更多是因為——
“我不想等待死亡，我相信我們正在努力的事情非常重要。在環境污染和資源短缺真正引發嚴重問題之前，我們還有足夠的時間來突破。”而鋰電池可以推動清潔能源技術和電動汽車的發展，有助于減少溫室氣體和細顆粒物的排放。
（思考新研究課題的古迪納夫）
在此前的一次采訪中，古迪納夫提到，生活取決于選擇。我可能沒有錢，但我一直都在做出很好的選擇。可以說，我盡力了。
雖然已經榮譽等身，但97歲的古迪納夫，并沒有停止探索的步伐，他每天前往大學里的實驗室，和助手們研究著新型超級電池。
正如他的名字（Goodenough）一樣，覺得不夠好，就選擇更努力。
如果沒有鋰電池，將不會有智能手機，平板電腦和筆記本電腦，也不會有電動汽車、各種便攜式電子產品、電動工具等等。可以說，鋰電池的出現，完全改變了現代人的生活。
（2019年諾貝爾化學獎的三位獲獎者）
其中，“足夠好”（Goodenough）爺爺古迪納夫已經97歲，成為史上年齡最大的諾獎獲得者。
作為二次電池產業的重要學者，“鋰電池之父”古迪納夫，發明了鋰離子電池的陰極材質鈷酸鋰，為現代鋰離子電池做出了先驅性的貢獻。
因為刷牙而錯過諾貝爾組委會電話的古迪納夫，在nature的電話采訪中，重提了超級電池的問題：
“世界需要一個新型超級電池。或者說，我們必須為環境問題和能源問題而做出改變。”5年前，他還說過這樣一句話：我只有92歲，我還有時間去解決問題。
拿著35美元上大學
他的成長生活充滿了困難
古迪納夫在康涅狄格州紐黑文市郊外的一個鄉村長大，他的父親歐文（Erwin）是耶魯大學宗教史學者。古迪納夫回憶說，他父母的關系“是一場災難”，他們對孩子也很冷漠。
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，都對自己產生過積極的影響，他唯獨沒提起自己的父母。
因為有閱讀障礙，古迪納夫無法在教室里讀書，他喜歡在大自然中游蕩，探索樹林，抓蝴蝶和土撥鼠，有次他扒了一張臭鼬的皮，被媽媽禁止進來吃飯。
（古迪納夫在牛津大學）
但這些并沒有耽誤他自學閱讀和寫作。
12歲時，古迪納夫被馬薩諸塞州的一所私立寄宿學校授予獎學金。進入寄宿學校后，古迪納夫很少再收到父母的來信。
那之后，古迪納夫的父母離婚，父親再娶了大學里的研究助手。父母兩人都不關心古迪納夫。古迪納夫收到耶魯大學的通知書，他父親給了他35美元，對他說：“小子，拿去吧，你可以去上大學了。”
那時耶魯大學每年的學費大概是900美元。
為了維持生計，在大學期間古迪納夫每周工作21小時，夏天時則去給富人家的兒子們補習功課，再加上獎學金，這讓古迪納夫有了足夠的錢來支付學費，養活自己。
前后考試64小時
敲開了物理學的大門
古迪納夫上大二那年，二戰爆發，他本想去參加志愿服務，但數學教授把古迪納夫找到辦公室：“不要像其他同學一樣去報海軍陸戰隊，我們需要一些知道數學知識的人來做戰爭氣象預報。”
（牛津時期的古迪納夫 ）
1944年，從耶魯大學畢業的古迪納夫，被派去一個海島，擔任氣象學家。戰爭結束后，一直保持聯系的耶魯大學數學教授，建議古迪納夫去讀研究生，他選擇了芝加哥大學的物理學專業。
為了趕上其他班級的進度，古迪納夫報名參加初級本科班，一位負責登記的教授說：“我真不理解你們這些退伍軍人。物理學里所有厲害的東西，人家在你這個年紀都已經搞完了，你現在才想著開始啊？”
舉世聞名的物理學大師恩里克·費米（Enrico Fermi），負責監督一個秘密的核鏈反應項目。
（物理學大師恩里克·費米）
為了加入這個團隊，古迪納夫參加了32個小時的考試，每天8小時，考了4天才結束。第一次古迪納夫考掛了，于是又考了第二次才過，總計64小時。
當時是芝加哥大學的凝聚態材料教授、“齊納二極管”的發明者齊納（Clarence Zener），成了古迪納夫的導師。
（古迪納夫的博士導師，物理學家齊納）
齊納對他說：現在你有兩個問題。第一個問題是找到一個問題。第二個問題是把它解決掉。祝好運。”
就這樣，古迪納夫進入了凝聚態材料科學領域。
54歲拿到牛津offer
開始研究電池
1976年，古迪納夫去了牛津大學，成為牛津大學無機化學實驗室主任，進入了能源研究的世界里。
當時，一位名叫斯坦利·惠廷漢姆（Stanley Whittingham，和古迪納夫一同獲得諾獎）的英國化學家，利用鋰外層電子脫出時釋放的巨大能量研制出了首個實用的鋰電池。
石油巨頭埃克森美孚根據惠廷漢姆的發現，開發可商用的電池，并申請了鋰電池發明專利。
這種電池比其他電池更能儲電、重量更輕、功能更強大，然而鋰的化學性質過于活潑，稍微與空氣接觸，就會很容易著火。
（鋰枝晶現象，它們會使電池短路，導致著火甚至爆炸）
古迪納夫相信他可以創造出更好的電池，為新能源的開發做出貢獻。他開始尋找新材料來替代金屬鋰。
1980年，古迪納夫找到了這種合適的材質——鈷酸鋰，解決了早期鋰電池容易產生枝晶然后爆炸的問題。使用這種質量輕，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。
（鈷酸鋰晶體結構，其中白色的圓球表示鋰原子，紅色表示氧原子，藍色表示鈷原子）
但因為之前的事故，牛津大學沒有重視古迪納夫的研究。
古迪納夫把專利送給了牛津大學附近的政府實驗室。接著，專利又被索尼買走繼續開發，成為了今天各種便攜設備電池的基礎。今天，鋰離子電池至少價值350億美元，古迪納夫沒有拿到這些錢。
但古迪納夫并不在意這件事，他說：“反正我做這個的時候也不知道會這么值錢……我只知道這是件我應該做的事情。”
（牛津大學在古迪納夫當年實驗室門外豎起了牌匾，紀念鈷酸鋰的發現）
那一年，古迪納夫57歲。
古迪納夫一直沒有停止研發更好的電池。
1983年，古迪納夫發現錳尖晶石是優良的正極材料。這種材料的分解溫度高，且氧化性遠低于鈷酸鋰，即使出現短路、過充電，也能夠避免了燃燒、爆炸的危險。截止2013年，錳尖晶石已經被用于商業電池。
1989年，古迪納夫發現采用聚電解質（例如硫酸鹽）的正極將產生更高的電壓，原因是聚電解質的電磁感應效應。
（磷酸鐵鋰晶體結構，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，古迪納夫發現了磷酸鋰鐵LFP正極材料，它的晶體結構更穩定，使用壽命更長，充電也更快，古迪納夫也被稱為是“鋰離子電池之父”。
拿諾獎并不是結束
還有一個更大的想法
因為牛津有65歲強制退休政策，所以在64歲的時候，古迪納夫去了德克薩斯大學奧斯汀分校，作為機械工程和材料科學教授，繼續自己的研究工作。
（德克薩斯大學奧斯汀分校，古迪納夫與學生在辦公室討論）
現在，古迪納夫正在研究電池科學界里每個人都在努力的一些大問題。其中之一是弄清楚如何用鈉代替鋰，鈉基本上可以無限供應，但鋰不是。另一個巨大的挑戰，是如何制造更強大的電池——古迪納夫想重新用回金屬鋰正極，打造成超級電池。
使用這種超級電池的電動車，可以和內燃機汽車相媲美。使用這種超級電池，也可以更好地儲存風能和太陽能。
鋰很危險，但如果能把純鋰制成正極材料，所得到的新型超級電池，將比目前的電池多出60%的能量。
只所以選擇這項棘手的研究，并不單純是為了用最后一項重大發明來結束古迪納夫自己的職業生涯，更多是因為——
“我不想等待死亡，我相信我們正在努力的事情非常重要。在環境污染和資源短缺真正引發嚴重問題之前，我們還有足夠的時間來突破。”而鋰電池可以推動清潔能源技術和電動汽車的發展，有助于減少溫室氣體和細顆粒物的排放。
（思考新研究課題的古迪納夫）
在此前的一次采訪中，古迪納夫提到，生活取決于選擇。我可能沒有錢，但我一直都在做出很好的選擇。可以說，我盡力了。
雖然已經榮譽等身，但97歲的古迪納夫，并沒有停止探索的步伐，他每天前往大學里的實驗室，和助手們研究著新型超級電池。
正如他的名字（Goodenough）一樣，覺得不夠好，就選擇更努力。
【關注川越微信公眾號，了解更多】
