2019年诺贝尔化学奖,授予了三位科学家,以表彰他们在锂离子电池领域领域做出的贡献。
诺贝尔奖官方声明写道:“他们为一个无线、无化石燃料社会创造了适当的条件,从而为人类带来了最大的利益。”
锂离子电池我们都熟悉,就是智能手机、笔记本电脑、相机、其他移动数码产品,电动汽车……里的电池。
轻巧,可反复充电,功率强大。
可以说,没有锂离子电池,就没有我们如此广泛和高速发展的电子智能社会。
(光是想到手机动不动没电关机,就令人崩溃了!)
所以,这几位科学家得奖,是名符其实,众望所归。
其中,97岁高龄的“锂电池之父”约翰·B·古迪纳夫(John B. Goodenough),成为史上最年长诺奖得主。
老爷子,硬核!
可是,古迪纳夫,并不是一个从小就有明确的远大志向的人。
他的名字虽然叫Goodenough(足够好),但他的一生,几乎都是被各种不足够好的意外推动着。
古迪纳夫,1922年出生于德国耶拿,童年在美国康涅狄格的纽黑文度过。
他的童年并不美妙,父母感情不好,对他也不爱护,虽然家境宽裕,但家庭氛围非常压抑紧张。
他曾在自传中提到了几段对他来说重要的关系:兄弟姐妹,一只狗,一位家庭佣人,以前的邻居。
但这份名单里没有他的父母。
他甚至一度患上了阅读障碍,总是独自跑进丛林里,看上一整天的动植物,抓蝴蝶和土拨鼠。
还曾经因为扒了一只臭鼬(黄鼠狼)的皮,而被禁止上桌吃饭。(估计是他身上太臭的缘故)
后来,古迪纳夫的父母还是离婚了。
而古迪纳夫咬牙苦读,考上了耶鲁大学(相当于中国的清华北大)。
可他开学报道的时候,父亲只给了他35美元。
那时候,耶鲁一年的学费就要900美元。
古迪纳夫咬着牙,拿着35美元,走出了家门。
今日你对我爱理不理,明天我让你高攀不起。
从此古迪纳夫没有再问父母要一分钱,靠着给富家子弟做家教,勤工俭学来养活自己。
1930年代的耶鲁大学
在耶鲁读书的时候,他非常不专一地……换专业。
大一时读古典文学,中途转去哲学系,为了凑学分学过化学,后来又转到数学系,毕业时拿的是数学学士学位。
他选择数学,是因为他那时依然有阅读障碍,所以把要读太多东西的专业都排除了。
耶鲁大学也太纵容学生了吧?
古迪纳夫毕业后,二战爆发。
打工是不可能打工的,他必须参军上战场。
本已做好为国捐躯的准备,结果上级把他派到太平洋的一个海岛上收集气象数据。
前线打得热火朝天,他在海岛上安静如鸡,只能工作看书学习。
战争结束后,为了安置退伍军人,美国国会在1944年通过美国军人权利法案,给予退伍军人各种福利。
古迪纳夫在这一法案的帮助下,获得了去芝加哥大学进修物理的机会。(又换专业!)
服役期间的古迪纳夫
换专业的坏处是,他不得不选修一些本科生的科学课程,从基础补起。
虽然他勤学好问,还是被一个教授嘲笑:任何在物理学领域取得了什么成就的人,在你这个年纪,早就已经完成了。
确实,那个时代天才辈出,爱因斯坦26岁提出相对论,爱迪生32岁点亮了白炽灯,居里夫人36岁时已经拿到了诺贝奖。
而古迪纳夫博士毕业的时候,已经 30 岁。
幸运的是,他读博的导师,是齐纳二极管的发明人、业界大拿克拉伦斯·齐纳。
在他的指导下,古迪纳夫打下了坚实的理论基础。
芝大毕业后,他被推荐去了麻省理工的的林肯实验室,主攻固体磁性的相关研究,并对随机存取存储器的发展做了贡献。
这个技术,就是后来的电脑内存。
本来古迪纳夫安安心心当着上班族,可是,意外又来了。
1969年,美国国会禁止将军事资金用于与特定军事职能无关的项目研究。
古迪纳夫所在的实验室,受美国空军资助,但他的研究项目又与此无关。
于是他遭遇中年危机,失业了。
物理学家也要恰饭啊,也要还房贷啊,也要为孩子存学费啊,他急得到处找下家,差点还跑去了革命前的伊朗。
这时候发生了石油危机。
看到人们在加油站排长队,古迪纳夫关注到未来人类的能源使用,是一个大问题。
“这就是为什么我转向研究能源材料,然后受邀去牛津大学的原因。至此,我正式成为化学家。” 他在日后接受采访时说道。
于是接到牛津大学的offer之后,古迪纳夫开始了他的能源研究。
是的,锂电池之父,在54岁才开始研究如何做电池。
牛津大学时期
1976 年,古迪纳夫搬去牛津的同一年,M·斯坦利·(M. Stanley Whittingham )发明了可充电的锂离子电池。
没错,威廷汉就是今年诺贝尔化学奖的第二位得主。
然而,威廷汉的电池虽然是电池产业的一次飞跃,却有一个严重的问题:在过充的时候极易发生爆炸。这意味着这种技术没法真正投入大规模商用。
幸好,在四年之后,古迪纳夫找到了钴酸锂材料。
由钴酸锂电极制成的锂离子电池安全、可靠,而且可以使锂离子电池拥有更小的体积、更大的容量和更加稳定的使用方式,
原理如下图:
你看懂了吗?如果没看懂就太好了,因为我也看不懂。
总之,这个发明很牛X。
可以让锂电池充分投入实际应用市场中,既可以用于结构紧凑的器件,也可以用于给大型设备供电。
但是因为之前的爆炸事故,没人愿意接触这个领域,牛津甚至不愿帮忙申请专利,把专利权送给了一个政府实验室,后来专利被日本索尼买走。
1991 年,索尼公司把古迪纳夫的钴酸锂阴极,和吉野彰(也就是第三位获奖者)开发的阳极放在一起,制成了世界上第一款商用锂离子电池。
不出十年,锂离子电池就完成了对市场上其它竞争产品的横扫:手机、相机、电脑,无数设备中都安装了古迪纳夫发明的钴酸锂锂离子电池。
到今天,全球锂离子电池的市场规模,已达350亿美金以上。
由于没有申请专利权,古迪纳夫没有从中得到任何收益。
他对此事并不太在意:“反正我做这个的时候也不知道会这么值钱,我只知道这是件我应该做的事情。”
视金钱如粪土的大佬,请受我一拜。(要是把专利权送我多好啊啊啊啊啊啊~~)
本来在牛津当教授,是多高大上有面子的事,而且牛津有65岁强制退休政策,只要熬到65岁,古迪纳夫就能领丰厚的退休金,白天带孙子孙女,晚上跳广场舞。
可是他为了能继续做研究,在64岁的时候,跳槽跑去了德克萨斯大学。
老骥伏枥,志在千里。
大爷我才64岁,年轻得很,电量足得很呢。
果然,老爷子和他研究的电池一样超长待机,充电5分钟,工作30年。
75岁,他又造出了新的材料磷酸铁锂,比钴廉价得多也更加稳定,常用于电动工具。
90岁,他开始研究固态电池,固态电池不易燃烧,能量密度至少是当下锂离子电池的三倍,循环寿命还长,同时,充电速率也从几小时大幅缩短到只有几分钟。
如果成功商业化,电动汽车的未来,将彻底改写。
96岁时,古迪纳夫表达过两个愿望:
首先,他希望能活到他带的最后一个博士生获得博士学位,为防万一,他不再接收4年的博士生。
其次,他希望自己能活着看到他的研究第二次改变世界。
97岁,古迪纳夫荣获诺贝尔化学奖。
但是,委员会在宣布获奖名单时,却无法与他本人取得联系。
因为古迪纳夫当时正在伦敦,接受英国皇家学会的科普利奖章——世界上最古老的科学奖章,没空接诺贝尔委员会的电话。
果然人如其名,只要你Goodenough(足够好),诺贝尔给你颁奖,还要拿着爱的号码牌排队。
他在晚些时候接受《自然》采访时说:“我非常感激能获得这个荣誉,这太美好了。但我还是之前的我。”
至今(2019年),97岁的古迪纳夫,仍于德克萨斯大学奥斯汀分校的机械工程和材料科学领域任教授。
对他自己跌宕起伏,波澜壮阔的一生,他只是用一句话来形容:
“我们有些人就像是乌龟,走得慢,一路挣扎,到了而立之年还找不到出路。但乌龟知道,他必须走下去。”
老爷子,向您致敬。