97岁诺奖得主的励志人生：本科学文学，54岁才开始锂电池研究

　　郭一璞 乾明 发自 凹非寺 
　　量子位 报道 公众号 QbitAI

　　97 岁，他还奋战在科研一线。

　　John B. Goodenough，人称“足够好”老爷爷，刚刚加冕诺贝尔奖。

　　10 月 9 日，2019 年诺贝尔化学奖颁向锂电子领域。

　　Goodenough 与M. Stanley Whittingham，以及日本科学家吉野彰（Akira Yoshino）共享了这一奖项。

　　以表彰他们在锂离子电池领域作出的贡献。

　　诺贝尔评奖委员会称，三人的研究使锂离子电池的使用方式更加稳定，从而开启了电子设备便携化进程，为打造一个无线互联的社会奠定基础。

　　引用果壳更科普化的解释，如果没有没有他们，我们每天形影不离的手机就是个随时可能点燃的炸药包。

　　而且 Goodenough 今年加冕，也刷新诺贝尔奖新纪录——以 97 岁高龄，成为最年长的诺贝尔奖得主。

　　在此之外，他还是美国国家工程院、美国国家科学院、法国科学院、西班牙皇家科学院、英国皇家学会会员，撰写了超过 550 篇文章、参与 85 本著作的编写，是 2009 年费米奖得主、2017 年威尔齐化学奖得主，还获得了英国皇家学会的科普利奖章。

　　但这还不是 Goodenough 令人称奇、敬佩的全部。

　　当他获奖，外界关注他的履历，才发现其充满坎坷和跌宕的一生，简直就是传奇的一生、榜样的一生，励志的一生。

　　很难想象，这位锂电池之父患有阅读障碍症，家庭并不和睦，大学历经二战，30 岁才拿下博士学位，年过半百才正式研究电池能源。

　　之后一路开挂，58 岁发明钴酸锂电池改变世界，75 岁以磷酸铁锂电池再度改变世界，90 岁以后开始研究全固态电池。

　　至今如此高龄，依旧每周上班 5 天，仍旧有新研究成果问世。

　　如果你会有“现在做 XX 是不是太晚”的疑惑，一定要看看 Goodenough 这传奇的一生。

　　如何成为锂电池之父？

　　我们先从 Goodenough 如今成名作说起，看看他的科研之路。

　　Goodenough 的博士本身读的是固态物理，30 岁从芝加哥大学博士毕业，之后去了 MIT 林肯实验室，研究内存的材料物理和固态陶瓷。

　　24 年之后，Goodenough 进行了人生第一次“跳槽”。

　　那年，牛津大学需要一位能教无机化学，同时也能管实验室的教授。

　　Goodenough 虽然研究的是物理，但他本科的时候为了凑学分学了两门化学课，就因此意外的被选中了，进入牛津大学任教，并成为无机化学研究负责人。

　　正是这一次跳槽，让 Goodenough 终于在 54 岁的年纪开始了一项改变世界的研究。

　　Goodenough 在牛津主要研究的课题是可用于能量转换的新材料。当时他初到英国，英国化学家、和他一起获得诺奖的 Stanley Whittingham 发明了最早的可充电锂电池，借助锂能嵌入二硫化钛层间这一特性，用二硫化钛做正极，用锂做负极。

　　当时的消费电子产品只能使用不可充电的碳锌电池，虽然已经有了可充电的铅酸电池，但毕竟用在电动车上的铅酸电池那么笨重，是没法拿来做消费电子产品的。

　　而 Whittingham 的这项研究，不仅可以靠锂离子的运动进行充电，还能用在小型设备上，并在室温下运行，解决了两种电池的痛点。

　　但 Whittingham 的研究是没法直接用的，因为有一个大 bug：安全问题。

　　正极，二硫化钛，在空气中是非常不稳定；

　　负极，锂，这种金属是易燃；

　　而且，在充放电过程中，锂会快速沉积产生枝晶，这样就容易让电池短路，这也是现在电动车自燃的元凶之一。

　　所以 Whittingham 发明的这种电池虽然原理可行，但容易爆炸，是个危险品，完全没法应用，需要把正负极的材料都换掉才行。

　　这个时候，学了 30 年物理的 Goodenough 有了一个大胆的想法：把锂换成氧化物吧。

　　他判断，氧化物可以让电池在更高的电压下进行充电和放电，根据物理学原理，这种电池会产生更多的电量，并且挥发性会更小。

　　于是他测试了各种氧化物，发现如果把钴这种元素放进去会比较稳定。

　　终于，在 Goodenough 到达牛津的四年后的 1980 年，57 岁的他和水岛公一、Philip Jones、Philip Wiseman 共同发现了钴酸锂这种物质，让 Whittingham 的锂电池变得稳定多了。

　　在他的实验室外面，英国皇家化学学会树立了这块蓝色的牌子，纪念钴酸锂的发现。

　　不过，钴酸锂中的锂和金属锂的化合价是不同的，钴酸锂在电池里是一种正极材料，为了凑成一块电池，还需要找一种负极材料。

　　这个时候，日本的索尼出现了，他们发现了石墨可以拿来做负极材料。

　　然而在英国，因为此前发生过爆炸事故，大家闻锂电池色变，甚至 Goodenough 工作的牛津都不愿意帮忙申请专利，而是让英国原子能研究机构申请到了这个专利，后来被索尼买走。

　　于是，索尼成功接下了这个“烫手山芋”，并和自己研发的负极材料放在一起，创造了新的电池，并将之商业化，用在了各种各样的电子产品中。

　　而 Goodenough，甚至没有从如今这价值 350 亿美元的锂电池市场中赚到钱。不过他本人后来在接受c&en 采访的时候反而很淡定：“我当时并不知道它会值这么多钱。”

　　虽然在 57 岁才发现了让他名声大噪的钴酸锂，但 Goodenough 似乎就是一个耐久型选手，后来还发现了许多种电池材料：1983 年，61 岁的他发现锰尖晶石正极材料；1997 年，75 岁的他发现磷酸铁锂正极材料，这些都是电池正极的升级替代品。

　　甚至，为了持续做研究，他还打了牛津退休政策的擦边球。

　　本来，牛津大学要求 65 岁强制退休的，但 Goodenough 不想退休，于是他在 64 岁的时候又跳槽了。

　　这次，他回到了美国，在德州大学奥斯汀分校当机械工程和材料科学教授，继续做研究。

　　阅读障碍症患者，文学少年读物理 PhD

　　Goodenough 出生于 1922 年，这是一个科学蓬勃发展的时代。

　　在这一年，法国医生卡雷尔发现白血球，加拿大科学家班廷制成人造胰岛素。

　　波尔因关于原子结构以及原子辐射的研究获得诺贝尔奖。

　　之后，费米、薛定谔等量子物理领域的大佬开始展露锋芒。

　　儿时的 Goodenough，虽然家就在耶鲁附近，不过出生在了一个学文科的家庭，似乎离这些自然科学家们有些距离。

　　但数十年后，他也将成为他们中的一员。

　　当时，摆在他面前的，是怎么克服自己的阅读障碍症。因为阅读障碍症，在小学和中学时代，他受到了不少同学的戏弄。

　　但在求学过程中，他也慢慢从大自然，以及诗歌和宗教哲学中获得了力量，赢得了学校的奖学金。

　　1940 年，18 岁的 Goodenough 考入了耶鲁大学。

　　对于他来说，这种对家庭的逃离让他松了口气，因为他父母关系并不好。

　　就在考入耶鲁大学之前，他的父母离婚了。他父亲（历史教授）很快就与自己的研究助手成婚。

　　这个环境让他颇感压抑，而且他与自己父亲的关系并不怎么好。

　　他去耶鲁读书的时候，只从家里拿到了 35 美元的资助，而耶鲁的学费至少每年 900 美元。

　　好在他有奖学金，校长还帮忙安排他去给有钱人家的孩子当家教，靠着半工半读养活自己，他再也没问家里要一分钱。

　　用 Goodenough 的原话说，就是“每周工作 21 个小时挣自己的 21 顿饭。”

　　进入耶鲁之后，Goodenough 还是遵循着自己的兴趣，先是选了古典文学，后来转到了哲学，期间还学习过化学。

　　之后，在一名教授的建议下选择了数学专业，并坚持了下去。

　　但这一路也颇为坎坷，就在读大学的第二年，珍珠港事件爆发了。

　　Goodenough 选择了主动申请服役，三年后才回到耶鲁大学完成了学业。

　　毕业之后，他再度返回战场，加入了美国空军。

　　本打算和朋友一样去报海军陆战队，中途被数学老师叫去说“不要当大兵，我们需要懂数学的人做战争气象预报”，于是没有上前线，而是负责在一个太平洋的海岛上收集数据。

　　1946 年，Goodenough 迎来了命运的转折。当时，美国政府出资，选派军人去深造，获得了耶鲁大学教授推荐的 Goodenough 就在其列，他可以选择在芝加哥大学或西北大学学习物理或数学。

　　经过重重考虑，他决定前往芝加哥大学攻读物理学博士。

　　之前就想过考物理研究生，但被管学生注册的人告知，物理学里所有厉害的东西，人家在你这个年纪都已经搞完了，你现在才想着开始啊？

　　最终，他还是考上了芝大物理系，当时是恩里克·费米在管，据说费米一上来就给新生安排了一个 32 小时的超级大考试，每天 8 小时，连考 4 天。

　　第一次考挂了，于是又考了第二次才过，总计 64 小时。

　　其后师从著名物理学家齐纳——30 岁时发明齐纳二极管。

　　在芝加哥这几年，他主要的研究固态物理学，并打下了坚实的理论基础，对于自己人生方向也有了新的思考。

　　在他求学期间，齐纳也给他提供了很大的帮助，他曾对 Goodenough 说：“你有两个问题，第一个问题是找到问题，第二个问题是解决问题……”

　　这一理念，对 Goodenough 产生了很大的影响。

　　30 岁获得物理学博士学位之后，经过在 MIT 的工作以及自身的理解，在牛津大学他选定了自己的方向——电池能源，并一直坚持了下去。

　　还能再战，不想退休等死

　　直到现在，他还在科研一线继续解决“问题”。

　　去年，Goodenough 接受媒体采访时也谈到了自己的问题，他说：

我想解决汽车的问题，我想让汽车尾气从全世界的高速公路上消失。我希望死前能看到这一天，我今年 96 岁，还有时间。

　　而且，解决问题并不仅仅只是靠口号。

　　Goodenough 仍旧活跃在科研前线，就在最近，他和自己的团队还发现了一种用于钠离子电池的新型安全正极材料。

　　并仍旧有作品发表，比如这篇：

　　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

　　就在几个月前，他还在采访中说：

我不想退休等死，我想努力奋斗，我相信我们正在做的事情是非常重要的。

　　这些重要的事情有很多，比如他尝试用自然界中存量更多的钠代替锂作为电池材料，以降低电池的成本。

　　再比如，如何用金属锂做正极，制造出更强大的电池。

　　还有电解质方面，Goodenough 也在尝试用玻璃固态电解质做出更安全的电池。

　　据说，“足够好”老爷爷现在依旧精力充沛，有人在知乎上回答说，整个走廊都能听到他爽朗的笑声。

　　嗯，足够好，还会更好。