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深扒諾貝爾化學獎獲獎?wù)?7年的人生
2019-10-12 | 文章來源：網(wǎng)絡(luò) | 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(lǐng)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(chǎn)品、電動工具等等。可以說，鋰電池的出現(xiàn)，完全改變了現(xiàn)代人的生活。
（2019年諾貝爾化學獎的三位獲獎?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獲得者。
作為二次電池產(chǎn)業(yè)的重要學者，“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。
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?；蛘哒f，我們必須為環(huán)境問題和能源問題而做出改變?！?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(xiāng)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(guān)系“是一場災(zāi)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(chǎn)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(guān)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(yǎng)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(zhàn)爆發(fā)，他本想去參加志愿服務(wù)，但數(shù)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(zhàn)隊，我們需要一些知道數(shù)學知識的人來做戰(zhàn)爭氣象預報。”
（牛津時期的古迪納夫 ）
1944年，從耶魯大學畢業(yè)的古迪納夫，被派去一個海島，擔任氣象學家。戰(zhàn)爭結(jié)束后，一直保持聯(lián)系的耶魯大學數(shù)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(yè)。
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(jīng)搞完了，你現(xiàn)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(jiān)督一個秘密的核鏈反應(yīng)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(jié)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(tài)材料教授、“齊納二極管”的發(fā)明者齊納（Clarence Zener），成了古迪納夫的導師。
（古迪納夫的博士導師，物理學家齊納）
齊納對他說：現(xiàn)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?！?/span>
就這樣，古迪納夫進入了凝聚態(tài)材料科學領(lǐng)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?？松梨诟鶕?jù)惠廷漢姆的發(fā)現(xiàn)，開發(fā)可商用的電池，并申請了鋰電池發(fā)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(zhì)過于活潑，稍微與空氣接觸，就會很容易著火。
（鋰枝晶現(xiàn)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(chuàng)造出更好的電池，為新能源的開發(fā)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(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(xù)開發(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(yīng)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(fā)現(xiàn)）
那一年，古迪納夫57歲。
古迪納夫一直沒有停止研發(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，且氧化性遠低于鈷酸鋰，即使出現(xiàn)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(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，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(jié)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(xù)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(xiàn)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(yīng)，但鋰不是。另一個巨大的挑戰(zhàn)，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(nèi)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(fā)明來結(jié)束古迪納夫自己的職業(yè)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(huán)境污染和資源短缺真正引發(fā)嚴重問題之前，我們還有足夠的時間來突破?！倍囯姵乜梢酝苿忧鍧嵞茉醇夹g(shù)和電動汽車的發(fā)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(jīng)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(chǎn)品、電動工具等等。可以說，鋰電池的出現(xiàn)，完全改變了現(xiàn)代人的生活。
（2019年諾貝爾化學獎的三位獲獎?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獲得者。
作為二次電池產(chǎn)業(yè)的重要學者，“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。
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?；蛘哒f，我們必須為環(huán)境問題和能源問題而做出改變?！?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(xiāng)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(guān)系“是一場災(zāi)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(chǎn)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(guān)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(yǎng)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(zhàn)爆發(fā)，他本想去參加志愿服務(wù)，但數(shù)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(zhàn)隊，我們需要一些知道數(shù)學知識的人來做戰(zhàn)爭氣象預報。”
（牛津時期的古迪納夫 ）
1944年，從耶魯大學畢業(yè)的古迪納夫，被派去一個海島，擔任氣象學家。戰(zhàn)爭結(jié)束后，一直保持聯(lián)系的耶魯大學數(shù)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(yè)。
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(jīng)搞完了，你現(xiàn)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(jiān)督一個秘密的核鏈反應(yīng)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(jié)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(tài)材料教授、“齊納二極管”的發(fā)明者齊納（Clarence Zener），成了古迪納夫的導師。
（古迪納夫的博士導師，物理學家齊納）
齊納對他說：現(xiàn)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?！?/span>
就這樣，古迪納夫進入了凝聚態(tài)材料科學領(lǐng)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?？松梨诟鶕?jù)惠廷漢姆的發(fā)現(xiàn)，開發(fā)可商用的電池，并申請了鋰電池發(fā)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(zhì)過于活潑，稍微與空氣接觸，就會很容易著火。
（鋰枝晶現(xiàn)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(chuàng)造出更好的電池，為新能源的開發(fā)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(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(xù)開發(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(yīng)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(fā)現(xiàn)）
那一年，古迪納夫57歲。
古迪納夫一直沒有停止研發(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，且氧化性遠低于鈷酸鋰，即使出現(xiàn)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(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，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(jié)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(xù)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(xiàn)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(yīng)，但鋰不是。另一個巨大的挑戰(zhàn)，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(nèi)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(fā)明來結(jié)束古迪納夫自己的職業(yè)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(huán)境污染和資源短缺真正引發(fā)嚴重問題之前，我們還有足夠的時間來突破?！倍囯姵乜梢酝苿忧鍧嵞茉醇夹g(shù)和電動汽車的發(fā)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(jīng)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。
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