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97歲諾獎(jiǎng)得主的勵(lì)志人生:本科學(xué)文學(xué),博士轉(zhuǎn)物理,54歲才開(kāi)始鋰電池研究

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97歲,他還奮戰(zhàn)在科研一線。

John B. Goodenough,人稱“足夠好”老爺爺,剛剛加冕諾貝爾獎(jiǎng)。

10月9日,2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C向鋰電池領(lǐng)域。

Goodenough與M. Stanley Whittingham,以及日本科學(xué)家吉野彰(Akira Yoshino)共享了這一獎(jiǎng)項(xiàng)。

以表彰他們?cè)阡囯x子電池領(lǐng)域作出的貢獻(xiàn)。

諾貝爾評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)稱,三人的研究使鋰電池的使用方式更加穩(wěn)定,從而開(kāi)啟了電子設(shè)備便攜化進(jìn)程,為打造一個(gè)無(wú)線互聯(lián)的社會(huì)奠定基礎(chǔ)。

引用果殼更科普化的解釋,如果沒(méi)有沒(méi)有他們,我們每天形影不離的手機(jī)就是個(gè)隨時(shí)可能點(diǎn)燃的炸藥包。

而且Goodenough今年加冕,也刷新諾貝爾獎(jiǎng)新紀(jì)錄——以97歲高齡,成為最年長(zhǎng)的諾貝爾獎(jiǎng)得主。

在此之外,他還是美國(guó)國(guó)家工程院、美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、法國(guó)科學(xué)院、西班牙皇家科學(xué)院、英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員,撰寫(xiě)了超過(guò)550篇文章、參與85本著作的編寫(xiě),是2009年費(fèi)米獎(jiǎng)得主、2017年威爾齊化學(xué)獎(jiǎng)得主,還獲得了英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的科普利獎(jiǎng)?wù)隆?/p>

但這還不是Goodenough令人稱奇、敬佩的全部。

當(dāng)他獲獎(jiǎng),外界關(guān)注他的履歷,才發(fā)現(xiàn)其充滿坎坷和跌宕的一生,簡(jiǎn)直就是傳奇的一生、榜樣的一生,勵(lì)志的一生。

很難想象,這位鋰電池之父患有閱讀障礙癥,成長(zhǎng)家庭并不和睦,大學(xué)歷經(jīng)二戰(zhàn),30歲才拿下博士學(xué)位,年過(guò)半百才正式研究電池材料。

之后一路開(kāi)掛,58歲發(fā)明鈷酸鋰電池改變世界,75歲以磷酸鐵鋰電池再度改變世界,90歲以后開(kāi)始研究全固態(tài)電池。

至今如此高齡,依舊每周上班5天,仍舊有新研究成果問(wèn)世。

如果你會(huì)有“現(xiàn)在做XX是不是太晚”的疑惑,一定要看看Goodenough這傳奇的一生。

如何成為鋰電池之父?

我們先從Goodenough如今成名作說(shuō)起,看看他的科研之路。

Goodenough的博士本身讀的是固態(tài)物理,30歲從芝加哥大學(xué)博士畢業(yè),之后去了MIT林肯實(shí)驗(yàn)室,研究?jī)?nèi)存的材料物理和固態(tài)陶瓷。

24年之后,Goodenough進(jìn)行了人生第一次“跳槽”。

那年,牛津大學(xué)需要一位能教無(wú)機(jī)化學(xué),同時(shí)也能管實(shí)驗(yàn)室的教授。

Goodenough雖然研究的是物理,但他本科的時(shí)候?yàn)榱藴悓W(xué)分學(xué)了兩門(mén)化學(xué)課,就因此意外的被選中了,進(jìn)入牛津大學(xué)任教,并成為無(wú)機(jī)化學(xué)研究負(fù)責(zé)人。

正是這一次跳槽,讓Goodenough終于在54歲的年紀(jì)開(kāi)始了一項(xiàng)改變世界的研究。

Goodenough在牛津主要研究的課題是可用于能量轉(zhuǎn)換的新材料。當(dāng)時(shí)他初到英國(guó),英國(guó)化學(xué)家、和他一起獲得諾獎(jiǎng)的Stanley Whittingham發(fā)明了最早的可充電鋰電池,借助鋰能嵌入二硫化鈦層間這一特性,用二硫化鈦?zhàn)稣龢O,用鋰做負(fù)極。


當(dāng)時(shí)的消費(fèi)電子產(chǎn)品只能使用不可充電的碳鋅電池,雖然已經(jīng)有了可充電的鉛酸電池,但畢竟用在電動(dòng)車(chē)上的鉛酸電池那么笨重,是沒(méi)法拿來(lái)做消費(fèi)電子產(chǎn)品的。

而Whittingham的這項(xiàng)研究,不僅可以靠鋰離子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行充電,還能用在小型設(shè)備上,并在室溫下運(yùn)行,解決了兩種電池的痛點(diǎn)。

但Whittingham的研究是沒(méi)法直接用的,因?yàn)橛幸粋€(gè)大bug:安全問(wèn)題。

正極,二硫化鈦,在空氣中是非常不穩(wěn)定;

負(fù)極,鋰,這種金屬是易燃;

而且,在充放電過(guò)程中,鋰會(huì)快速沉積產(chǎn)生枝晶,這樣就容易讓電池短路,這也是現(xiàn)在電動(dòng)車(chē)自燃的元兇之一。

所以Whittingham發(fā)明的這種電池雖然原理可行,但容易爆炸,是個(gè)危險(xiǎn)品,完全沒(méi)法應(yīng)用,需要把正負(fù)極的材料都換掉才行。

這個(gè)時(shí)候,學(xué)了30年物理的Goodenough有了一個(gè)大膽的想法:把鋰換成氧化物吧。

他判斷,氧化物可以讓電池在更高的電壓下進(jìn)行充電和放電,根據(jù)物理學(xué)原理,這種電池會(huì)產(chǎn)生更多的電量,并且揮發(fā)性會(huì)更小。

于是他測(cè)試了各種氧化物,發(fā)現(xiàn)如果把鈷這種元素放進(jìn)去會(huì)比較穩(wěn)定。

終于,在Goodenough到達(dá)牛津的四年后的1980年,57歲的他和水島公一、Philip Jones、Philip Wiseman共同發(fā)現(xiàn)了鈷酸鋰這種物質(zhì),讓W(xué)hittingham的鋰電池變得穩(wěn)定多了。

在他的實(shí)驗(yàn)室外面,英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)樹(shù)立了這塊藍(lán)色的牌子,紀(jì)念鈷酸鋰的發(fā)現(xiàn)。

不過(guò),鈷酸鋰中的鋰和金屬鋰的化合價(jià)是不同的,鈷酸鋰在電池里是一種正極材料,為了湊成一塊電池,還需要找一種負(fù)極材料。

這個(gè)時(shí)候,日本的索尼出現(xiàn)了,他們發(fā)現(xiàn)了石墨可以拿來(lái)做負(fù)極材料。

然而在英國(guó),因?yàn)榇饲鞍l(fā)生過(guò)爆炸事故,大家聞鋰電池色變,甚至Goodenough工作的牛津都不愿意幫忙申請(qǐng)專利,而是讓英國(guó)原子能研究機(jī)構(gòu)申請(qǐng)到了這個(gè)專利,后來(lái)被索尼買(mǎi)走。

于是,索尼成功接下了這個(gè)“燙手山芋”,并和自己研發(fā)的負(fù)極材料放在一起,創(chuàng)造了新的電池,并將之商業(yè)化,用在了各種各樣的電子產(chǎn)品中。

而Goodenough,甚至沒(méi)有從如今這價(jià)值350億美元的鋰電池市場(chǎng)中賺到錢(qián)。不過(guò)他本人后來(lái)在接受c&en采訪的時(shí)候反而很淡定:“我當(dāng)時(shí)并不知道它會(huì)值這么多錢(qián)?!?/p>

雖然在57歲才發(fā)現(xiàn)了讓他名聲大噪的鈷酸鋰,但Goodenough似乎就是一個(gè)耐久型選手,后來(lái)還發(fā)現(xiàn)了許多種電池材料:1983年,61歲的他發(fā)現(xiàn)錳尖晶石正極材料;1997年,75歲的他發(fā)現(xiàn)磷酸鐵鋰正極材料,這些都是電池正極的升級(jí)替代品。

甚至,為了持續(xù)做研究,他還打了牛津退休政策的擦邊球。

本來(lái),牛津大學(xué)要求65歲強(qiáng)制退休的,但Goodenough不想退休,于是他在64歲的時(shí)候又跳槽了。

這次,他回到了美國(guó),在德州大學(xué)奧斯汀分校當(dāng)機(jī)械工程和材料科學(xué)教授,繼續(xù)做研究。

閱讀障礙癥患者,文學(xué)少年讀物理PhD

Goodenough出生于1922年,這是一個(gè)科學(xué)蓬勃發(fā)展的時(shí)代。

在這一年,法國(guó)醫(yī)生卡雷爾發(fā)現(xiàn)白血球,加拿大科學(xué)家班廷制成人造胰島素。

波爾因關(guān)于原子結(jié)構(gòu)以及原子輻射的研究獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

之后,費(fèi)米、薛定諤等量子物理領(lǐng)域的大佬開(kāi)始展露鋒芒。

兒時(shí)的Goodenough,雖然家就在耶魯附近,不過(guò)出生在了一個(gè)學(xué)文科的家庭,似乎離這些自然科學(xué)家們有些距離。

但數(shù)十年后,他也將成為他們中的一員。

當(dāng)時(shí),擺在他面前的,是怎么克服自己的閱讀障礙癥。因?yàn)殚喿x障礙癥,在小學(xué)和中學(xué)時(shí)代,他受到了不少同學(xué)的戲弄。

但在求學(xué)過(guò)程中,他也慢慢從大自然,以及詩(shī)歌和宗教哲學(xué)中獲得了力量,贏得了學(xué)校的獎(jiǎng)學(xué)金。

1940年,18歲的Goodenough考入了耶魯大學(xué)。

對(duì)于他來(lái)說(shuō),這種對(duì)家庭的逃離讓他松了口氣,因?yàn)樗改戈P(guān)系并不好。

就在考入耶魯大學(xué)之前,他的父母離婚了。他父親(歷史教授)很快就與自己的研究助手成婚。

這個(gè)環(huán)境讓他頗感壓抑,而且他與自己父親的關(guān)系并不怎么好。

他去耶魯讀書(shū)的時(shí)候,只從家里拿到了35美元的資助,而耶魯?shù)膶W(xué)費(fèi)至少每年900美元。

好在他有獎(jiǎng)學(xué)金,校長(zhǎng)還幫忙安排他去給有錢(qián)人家的孩子當(dāng)家教,靠著半工半讀養(yǎng)活自己,他再也沒(méi)問(wèn)家里要一分錢(qián)。

用Goodenough的原話說(shuō),就是“每周工作21個(gè)小時(shí)掙自己的21頓飯。”

進(jìn)入耶魯之后,Goodenough還是遵循著自己的興趣,先是選了古典文學(xué),后來(lái)轉(zhuǎn)到了哲學(xué),期間還學(xué)習(xí)過(guò)化學(xué)。

之后,在一名教授的建議下選擇了數(shù)學(xué)專業(yè),并堅(jiān)持了下去。

但這一路也頗為坎坷,就在讀大學(xué)的第二年,珍珠港事件爆發(fā)了。

Goodenough選擇了主動(dòng)申請(qǐng)服役,三年后才回到耶魯大學(xué)完成了學(xué)業(yè)。

畢業(yè)之后,他再度返回戰(zhàn)場(chǎng),加入了美國(guó)空軍。

本打算和朋友一樣去報(bào)海軍陸戰(zhàn)隊(duì),中途被數(shù)學(xué)老師叫去說(shuō)“不要當(dāng)大兵,我們需要懂?dāng)?shù)學(xué)的人做戰(zhàn)爭(zhēng)氣象預(yù)報(bào)”,于是沒(méi)有上前線,而是負(fù)責(zé)在一個(gè)太平洋的海島上收集數(shù)據(jù)。

1946年,Goodenough迎來(lái)了命運(yùn)的轉(zhuǎn)折。當(dāng)時(shí),美國(guó)政府出資,選派軍人去深造,獲得了耶魯大學(xué)教授推薦的Goodenough就在其列,他可以選擇在芝加哥大學(xué)或西北大學(xué)學(xué)習(xí)物理或數(shù)學(xué)。

經(jīng)過(guò)重重考慮,他決定前往芝加哥大學(xué)攻讀物理學(xué)博士。

之前就想過(guò)考物理研究生,但被管學(xué)生注冊(cè)的人告知,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)始啊?

最終,他還是考上了芝大物理系,當(dāng)時(shí)是恩里克·費(fèi)米在管,據(jù)說(shuō)費(fèi)米一上來(lái)就給新生安排了一個(gè)32小時(shí)的超級(jí)大考試,每天8小時(shí),連考4天。

第一次考掛了,于是又考了第二次才過(guò),總計(jì)64小時(shí)。

其后師從著名物理學(xué)家齊納,他30歲時(shí)發(fā)明齊納二極管。

在芝加哥這幾年,他主要的研究固態(tài)物理學(xué),并打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ),對(duì)于自己人生方向也有了新的思考。

在他求學(xué)期間,齊納也給他提供了很大的幫助,他曾對(duì)Goodenough說(shuō):“你有兩個(gè)問(wèn)題,第一個(gè)問(wèn)題是找到問(wèn)題,第二個(gè)問(wèn)題是解決問(wèn)題……”

這一理念,對(duì)Goodenough產(chǎn)生了很大的影響。

30歲獲得物理學(xué)博士學(xué)位之后,經(jīng)過(guò)在MIT的工作以及自身的理解,在牛津大學(xué)他選定了自己的方向——電池材料,并一直堅(jiān)持了下去。

還能再戰(zhàn),不想退休等死

直到現(xiàn)在,他還在科研一線繼續(xù)解決“問(wèn)題”。

去年,Goodenough接受媒體采訪時(shí)也談到了自己的問(wèn)題,他說(shuō):

我想解決汽車(chē)的問(wèn)題,我想讓汽車(chē)尾氣從全世界的高速公路上消失。我希望死前能看到這一天,我今年 96 歲,還有時(shí)間。

而且,解決問(wèn)題并不僅僅只是靠口號(hào)。

Goodenough仍舊活躍在科研前線,就在最近,他和自己的團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了一種用于鈉離子電池的新型安全正極材料。

并仍舊有作品發(fā)表,比如這篇:

J.B. Goodenough, Personal journey into solid state chemistry, Journal of Solid State Chemistry 271 (2019) 387–392.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022459618305607

就在幾個(gè)月前,他還在采訪中說(shuō):

我不想退休等死,我想努力奮斗,我相信我們正在做的事情是非常重要的。

這些重要的事情有很多,比如他嘗試用自然界中存量更多的鈉代替鋰作為電池材料,以降低電池的成本。

再比如,如何用金屬鋰做正極,制造出更強(qiáng)大的電池。

還有電解質(zhì)方面,Goodenough也在嘗試用玻璃固態(tài)電解質(zhì)做出更安全的電池。

據(jù)說(shuō),“足夠好”老爺爺現(xiàn)在依舊精力充沛,有人在知乎上回答說(shuō),整個(gè)走廊都能聽(tīng)到他爽朗的笑聲。

嗯,足夠好,還會(huì)更好。

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