三位推動(dòng)鋰電池發(fā)展的科學(xué)家，今天獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

他們分別是美籍科學(xué)家約翰·古迪納夫（John B. Goodenough）、英籍科學(xué)家斯坦利·威廷漢（Stanley Whittingham）和日籍科學(xué)家吉野彰（Akira Yoshino）。

英國(guó)皇家學(xué)會(huì)主席文基·拉馬克里希南評(píng)價(jià)說：“古迪納夫在材料科學(xué)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)從根本上改變了我們今天認(rèn)為理所當(dāng)然的技術(shù)。從為你口袋里的智能手機(jī)供電，到他對(duì)磁性的定義，這些貢獻(xiàn)為科研和工程開辟了新的途徑。他為鋰離子電池開發(fā)的陰極是在他的同事威廷漢教授的研究基礎(chǔ)上建立起來的，而吉野彰教授的研究使其在商業(yè)上變得可行。”

諾貝爾獎(jiǎng)官方聲明寫道：“他們?yōu)橐粋€(gè)無線、無化石燃料社會(huì)創(chuàng)造了適當(dāng)?shù)臈l件，從而為人類帶來了最大的利益。”

沒有這些技術(shù)，就沒有現(xiàn)在這些便捷的智能手機(jī)、筆記本電腦，以及正在開啟的電動(dòng)汽車的時(shí)代。

古迪納夫

其中，古迪納夫教授今年已經(jīng)97歲，成為年齡最大的諾獎(jiǎng)獲得者。

截止發(fā)稿，諾獎(jiǎng)工作人員還沒聯(lián)系上他。今天他在倫敦領(lǐng)取英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的科普利獎(jiǎng)?wù)隆澜缟献罟爬系目茖W(xué)獎(jiǎng)?wù)隆?/p>

實(shí)驗(yàn)室里的古迪納夫。今年，他又發(fā)表了新論文。

古迪納夫想通過電池的研究，來改變?nèi)祟悓?duì)化石燃料的依賴。

他說，在毀滅性的能源危機(jī)和環(huán)境問題來臨之前，我們還有30年的時(shí)間研發(fā)新電池并使之商業(yè)化。

“這就是我去世之前要做的事情——留下一個(gè)更清潔，更美好的世界。”

01

“輸”在起跑線上

古迪納夫的童年并不美妙。

他曾在自傳中提到了幾段重要的關(guān)系：兄弟姐妹，一只狗，一位家庭傭人，以前的鄰居。這份名單里沒有他的父母。

孤獨(dú)的他甚至一度患上了閱讀障礙，喜歡跑進(jìn)叢林里，看上一整天的動(dòng)植物。他喜歡抓蝴蝶和土撥鼠，曾經(jīng)因?yàn)榘橇艘恢怀赭钠ざ唤股献莱燥垺?/p>

上大學(xué)前，父母離異了。耶魯大學(xué)的錄取通知書對(duì)古迪納夫是一種解脫。

出發(fā)前，父親只給了35美元，而一年的學(xué)費(fèi)就要900美元。但他決定不再依賴家里，而是通過給富家子弟做家教來養(yǎng)活自己。

在耶魯，古迪納夫度過了一段略顯混亂的探索期。

他先后修了四個(gè)專業(yè)的課程，入學(xué)時(shí)讀古典文學(xué)，畢業(yè)時(shí)拿的是數(shù)學(xué)學(xué)士學(xué)位。中途還轉(zhuǎn)去過哲學(xué)系，為了湊學(xué)分學(xué)過2門化學(xué)課。

服役時(shí)期的古迪納夫

畢業(yè)后趕上“二戰(zhàn)”。古迪納夫本想加入海軍陸戰(zhàn)隊(duì)，但被數(shù)學(xué)老師阻止了。他被派到一個(gè)海島上測(cè)量氣象數(shù)據(jù)。

戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后，依靠對(duì)退伍軍人的補(bǔ)貼，他獲得獎(jiǎng)學(xué)金，準(zhǔn)備去芝加哥大學(xué)學(xué)習(xí)物理。

為了趕上別人，這個(gè)大齡學(xué)生不得不注冊(cè)初級(jí)本科課程，一位教授對(duì)此嗤之以鼻：“在你這個(gè)年紀(jì)，那些物理巨匠們都已經(jīng)榮譽(yù)等身了”。

考物理學(xué)研究生時(shí)，第一次掛了，又考了一次才過。

他的導(dǎo)師是“齊納二極管”的發(fā)明者齊納，后者對(duì)他說：“現(xiàn)在你面臨兩個(gè)問題：一是找到一個(gè)問題，二是把它解決掉。祝你好運(yùn)”。

古迪納夫選擇了凝聚態(tài)材料，終生沒有再離開。

02

“我當(dāng)時(shí)也不知道它會(huì)這么值錢，

我只知道這是我應(yīng)該去做的事”

1976年，古迪納夫成為牛津大學(xué)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任。

同一年，?？松梨谏暾?qǐng)了鋰電池發(fā)明專利。它比其他電池更能儲(chǔ)電，但也有一個(gè)致命的缺陷：容易起火爆炸。

牛津大學(xué)時(shí)期的古迪納夫

當(dāng)時(shí)，一家叫作Moli Energy的公司造出了一款使用鋰金屬作為電極的鋰電池，結(jié)果問世后不到半年，這種電池就因?yàn)榘踩珕栴}被全球召回。

日本公司NEC收購了一蹶不振Moli Energy，立即投入了巨大的人力物力對(duì)那款失敗產(chǎn)品進(jìn)行研究。他們發(fā)現(xiàn)，鋰電池易燃的癥結(jié)，出在使用金屬鋰上。

Moli Energy制造的鋰電池

金屬鋰的表面容易形成枝晶——從鋰金屬表面生長(zhǎng)出的“小樹枝”，它們神出鬼沒，難以被完全消除。這些枝晶會(huì)在電池使用過程中越長(zhǎng)越大。如果有一天，它大到刺破了正負(fù)極之間的隔膜，就極易引發(fā)安全事故。

而且金屬鋰的化學(xué)性質(zhì)太過活潑，極易燃，它們稍微與空氣一接觸，就可能釀成大禍。

對(duì)鋰金屬進(jìn)行改良的難度太大，必須找到一種新材料替代金屬鋰。

鋰表面的枝晶

古迪納夫研究的新材料就在這時(shí)恰如其分地出現(xiàn)了。

他研究的新材料叫作鈷酸鋰。

找到這種材料時(shí)，他已經(jīng)57歲了。

鈷酸鋰晶體結(jié)構(gòu)

在鈷酸鋰的晶體結(jié)構(gòu)中，鋰原子被壓在鈷原子和氧原子構(gòu)成的兩道平板之間。由于結(jié)構(gòu)特殊，鋰原子可以被輕易地單獨(dú)提取出來，提供電池正極所需的鋰離子。

這個(gè)發(fā)明極大解決了原有鋰電池的兩大死穴。鈷酸鋰的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，不會(huì)一接觸空氣就易燃易爆炸；雖然沒能完全杜絕，但鈷酸鋰表面產(chǎn)生枝晶的概率已經(jīng)小了很多。

不過，因?yàn)橹暗氖鹿?，這個(gè)成果沒有被牛津重視，專利被送給了一個(gè)政府實(shí)驗(yàn)室，后來又被索尼買走。

古迪納夫沒有拿到專利的錢，他說，“反正我做這個(gè)的時(shí)候也不知道它會(huì)這么值錢。我只知道這就是我應(yīng)該去做的事?！?/p>

發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰后第三年，古迪納夫（前排左二）與牛津同事的合影

索尼公司很快研發(fā)出一款可充電的鋰離子電池。

鈷酸鋰電池雖然安全性能大幅提高，但還是有不足之處：

（1）它太貴了。鈷產(chǎn)量不高，還是重要的戰(zhàn)略資源，拿來做電池成本太高。

（2）使用一段時(shí)間后，電池的性能會(huì)衰減。因?yàn)殇囯x子被從兩層之間提取出來后，崩塌的鈷酸鋰晶體就無法再存儲(chǔ)鋰離子了。

在發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰之后的幾年里，古迪納夫又接連發(fā)現(xiàn)了好幾種實(shí)用的好材料。

1983年，古迪納夫和他的學(xué)生發(fā)現(xiàn)了錳尖晶石是優(yōu)良的陽極材料，因?yàn)檠趸院艿?，它就算出現(xiàn)了短路也不會(huì)燃燒或爆炸。

1989年，他又和同伴發(fā)現(xiàn)，使用聚電解質(zhì)類材料（如硫酸鹽）能讓陽極產(chǎn)生更高的電壓。

磷酸鐵鋰晶體結(jié)構(gòu)

1997年，已經(jīng)75歲的古迪納夫又拿出新成果：磷酸鐵鋰。它的晶體結(jié)構(gòu)比鈷酸鋰更穩(wěn)定；使用的元素——磷和鐵——比鈷更便宜易得；它的使用壽命更長(zhǎng)，用過2000次之后，容量還能維持在80%以上，而鈷酸鋰電池的使用壽命只有500-800次；它還比鈷酸鋰充電更快，工作溫度范圍更廣。

但是枝晶這個(gè)技術(shù)難題仍然沒能徹底解決。在90歲那年，古迪納夫產(chǎn)生了一個(gè)新的構(gòu)想：全固態(tài)電池。如今，這項(xiàng)研究已經(jīng)取得了初步的成果。

2013年，古迪納夫獲得美國(guó)國(guó)家科學(xué)獎(jiǎng)?wù)?/p>

03

沒想過改變世界，

只是因?yàn)橛泻闷嫘?/strong>

鋰電池的潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了發(fā)明者的想象。

2年前在接受《時(shí)代》采訪時(shí)，古迪納夫說：“在我開發(fā)電池的時(shí)候，我還不知道電氣工程師會(huì)怎么處理電池。我真的沒料到會(huì)有手機(jī)、攝像機(jī)和其他東西?！?/strong>

是的，如今我們使用的每一部手機(jī)、每一臺(tái)筆記本電腦、每一塊電子手表，和其他各種可充電的電子產(chǎn)品，都裝載著鋰離子電池。也正是因?yàn)楹髞淼牟粩喔镄?，近些年風(fēng)頭正盛的電動(dòng)車等設(shè)備才成為可能。

倫敦大學(xué)學(xué)院的材料學(xué)家Mark Miodownik說：“鋰電池是最具影響力的材料科學(xué)之一。同樣值得注意的是，盡管它們已經(jīng)有30年的歷史了，但直到現(xiàn)在，這項(xiàng)技術(shù)仍然沒有黯然失色?！?/p>

因此，鋰離子電池的研究拿到諾貝爾獎(jiǎng)，似乎早就是板上釘釘?shù)氖?。最近幾年里，每年頒獎(jiǎng)前，3位科學(xué)家都是這一獎(jiǎng)項(xiàng)的大熱候選。但是等了一年又一年，還是沒有輪到他們。

今天，當(dāng)三位科學(xué)家終于獲獎(jiǎng)的消息傳出，很多同行都說，“終于被認(rèn)可了!”“獎(jiǎng)項(xiàng)來得太遲了?！?/p>

在發(fā)布會(huì)上，有記者特意問瑞典皇家科學(xué)院秘書長(zhǎng)漢森，當(dāng)諾獎(jiǎng)工作人員打電話通知3位科學(xué)家時(shí)，有沒有哪位說出了“終于”這個(gè)詞。答案是沒有。

與古迪納夫分享諾獎(jiǎng)的吉野彰。值得一提的是，包括吉野彰在內(nèi)，已經(jīng)有27名日本或日本裔學(xué)者獲得諾貝爾獎(jiǎng)。新世紀(jì)以來，已是19年19人。對(duì)于日本在諾獎(jiǎng)上的“井噴”現(xiàn)象，有分析認(rèn)為，這和日本對(duì)教育的重視有關(guān)。日元上印的人物，是教育家、文學(xué)家和科學(xué)家。他們?cè)诮逃幸埠芸粗貜男〖?lì)和保護(hù)孩子的好奇心。

吉野彰是個(gè)話少的人，接到諾獎(jiǎng)電話后，他只簡(jiǎn)單地說，這個(gè)研究他做了4年，現(xiàn)在自己很高興。

有記者問吉野彰：“您做這個(gè)研究是為了造福人類，還是為了賺錢？”吉野彰說，都不是，他做研究只是因?yàn)橛小昂闷嫘摹薄?/strong>

因?yàn)榕＝虼髮W(xué)有65歲強(qiáng)制退休的政策，所以，古迪納夫在64歲那年轉(zhuǎn)去了得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校。

“他有著驚人的頭腦，百科全書般的知識(shí)儲(chǔ)備。他既有天賦，又有對(duì)人類做出積極貢獻(xiàn)的熱情。他是個(gè)很有原則的人?！惫诺霞{夫的學(xué)生比爾·大衛(wèi)回憶說。

古迪納夫95歲生日，學(xué)生們?yōu)樗麘c生。

96歲時(shí)，古迪納夫表達(dá)過兩個(gè)愿望：首先，他希望能活到最后一個(gè)博士生獲得博士學(xué)位，所以他不會(huì)再接收4年的博士生。其次，他希望自己能活著看到他的研究第二次改變世界。

他正在研制一種希望能夠存儲(chǔ)風(fēng)能和太陽能的超級(jí)電池，要足以讓電動(dòng)汽車和內(nèi)燃機(jī)汽車真正匹敵。

業(yè)界對(duì)他很有信心，這倒不僅僅因?yàn)樗莻€(gè)“老權(quán)威”，恰恰是因?yàn)椤八匀缓苊翡J，思想仍然在突破”。

他說，每個(gè)人都應(yīng)該不斷地去嘗試突破。

現(xiàn)在，97歲的他仍然精力充沛，差不多還是每天都去實(shí)驗(yàn)室。

多么好。

就像古迪納夫這個(gè)姓一樣——

Goodenough。

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古迪納夫愛笑，他的笑聲很有穿透力和感染力，幾個(gè)教室外就能聽到。