三位推動鋰電池發(fā)展的科學家，今天獲得了諾貝爾化學獎。

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

英國皇家學會主席文基·拉馬克里希南評價說：“古迪納夫在材料科學領(lǐng)域的貢獻從根本上改變了我們今天認為理所當然的技術(shù)。從為你口袋里的智能手機供電，到他對磁性的定義，這些貢獻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。”

諾貝爾獎官方聲明寫道：“他們?yōu)橐粋€無線、無化石燃料社會創(chuàng)造了適當?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、筆記本電腦，以及正在開啟的電動汽車的時代。

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獲得者。

截止發(fā)稿，諾獎工作人員還沒聯(lián)系上他。今天他在倫敦領(lǐng)取英國皇家學會的科普利獎章——世界上最古老的科學獎章。

實驗室里的古迪納夫。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剂系囊蕾嚒?/p>

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

“這就是我去世之前要做的事情——留下一個更清潔，更美好的世界?！?/strong>

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。

孤獨的他甚至一度患上了閱讀障礙，喜歡跑進叢林里，看上一整天的動植物。他喜歡抓蝴蝶和土撥鼠，曾經(jīng)因為扒了一只臭鼬的皮而被禁止上桌吃飯。

上大學前，父母離異了。耶魯大學的錄取通知書對古迪納夫是一種解脫。

出發(fā)前，父親只給了35美元，而一年的學費就要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。

他先后修了四個專業(yè)的課程，入學時讀古典文學，畢業(yè)時拿的是數(shù)學學士學位。中途還轉(zhuǎn)去過哲學系，為了湊學分學過2門化學課。

服役時期的古迪納夫

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

戰(zhàn)爭結(jié)束后，依靠對退伍軍人的補貼，他獲得獎學金，準備去芝加哥大學學習物理。

為了趕上別人，這個大齡學生不得不注冊初級本科課程，一位教授對此嗤之以鼻：“在你這個年紀，那些物理巨匠們都已經(jīng)榮譽等身了”。

考物理學研究生時，第一次掛了，又考了一次才過。

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

古迪納夫選擇了凝聚態(tài)材料，終生沒有再離開。

02

“我當時也不知道它會這么值錢，

我只知道這是我應該去做的事”

1976年，古迪納夫成為牛津大學無機化學實驗室主任。

同一年，?？松梨谏暾埩虽囯姵匕l(fā)明專利。它比其他電池更能儲電，但也有一個致命的缺陷：容易起火爆炸。

牛津大學時期的古迪納夫

當時，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，這種電池就因為安全問題被全球召回。

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那款失敗產(chǎn)品進行研究。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——從鋰金屬表面生長出的“小樹枝”，它們神出鬼沒，難以被完全消除。這些枝晶會在電池使用過程中越長越大。如果有一天，它大到刺破了正負極之間的隔膜，就極易引發(fā)安全事故。

而且金屬鋰的化學性質(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。

對鋰金屬進行改良的難度太大，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，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提取出來，提供電池正極所需的鋰離子。

這個發(fā)明極大解決了原有鋰電池的兩大死穴。鈷酸鋰的化學性質(zhì)很穩(wěn)定，不會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，因為之前的事故，這個成果沒有被牛津重視，專利被送給了一個政府實驗室，后來又被索尼買走。

古迪納夫沒有拿到專利的錢，他說，“反正我做這個的時候也不知道它會這么值錢。我只知道這就是我應該去做的事?！?/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）使用一段時間后，電池的性能會衰減。因為鋰離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)了好幾種實用的好材料。

1983年，古迪納夫和他的學生發(fā)現(xiàn)了錳尖晶石是優(yōu)良的陽極材料，因為氧化性很低，它就算出現(xiàn)了短路也不會燃燒或爆炸。

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，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)生了一個新的構(gòu)想：全固態(tài)電池。如今，這項研究已經(jīng)取得了初步的成果。

2013年，古迪納夫獲得美國國家科學獎章

03

沒想過改變世界，

只是因為有好奇心

鋰電池的潛力遠遠超出了發(fā)明者的想象。

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

是的，如今我們使用的每一部手機、每一臺筆記本電腦、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。也正是因為后來的不斷革新，近些年風頭正盛的電動車等設(shè)備才成為可能。

倫敦大學學院的材料學家Mark Miodownik說：“鋰電池是最具影響力的材料科學之一。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，似乎早就是板上釘釘?shù)氖?。最近幾年里，每年頒獎前，3位科學家都是這一獎項的大熱候選。但是等了一年又一年，還是沒有輪到他們。

今天，當三位科學家終于獲獎的消息傳出，很多同行都說，“終于被認可了!”“獎項來得太遲了?！?/p>

在發(fā)布會上，有記者特意問瑞典皇家科學院秘書長漢森，當諾獎工作人員打電話通知3位科學家時，有沒有哪位說出了“終于”這個詞。答案是沒有。

與古迪納夫分享諾獎的吉野彰。值得一提的是，包括吉野彰在內(nèi)，已經(jīng)有27名日本或日本裔學者獲得諾貝爾獎。新世紀以來，已是19年19人。對于日本在諾獎上的“井噴”現(xiàn)象，有分析認為，這和日本對教育的重視有關(guān)。日元上印的人物，是教育家、文學家和科學家。他們在教育中也很看重從小激勵和保護孩子的好奇心。

吉野彰是個話少的人，接到諾獎電話后，他只簡單地說，這個研究他做了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，他做研究只是因為有“好奇心”。

因為牛津大學有65歲強制退休的政策，所以，古迪納夫在64歲那年轉(zhuǎn)去了得克薩斯大學奧斯汀分校。

“他有著驚人的頭腦，百科全書般的知識儲備。他既有天賦，又有對人類做出積極貢獻的熱情。他是個很有原則的人?！惫诺霞{夫的學生比爾·大衛(wèi)回憶說。

古迪納夫95歲生日，學生們?yōu)樗麘c生。

96歲時，古迪納夫表達過兩個愿望：首先，他希望能活到最后一個博士生獲得博士學位，所以他不會再接收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風能和太陽能的超級電池，要足以讓電動汽車和內(nèi)燃機汽車真正匹敵。

業(yè)界對他很有信心，這倒不僅僅因為他是個“老權(quán)威”，恰恰是因為“他仍然很敏銳，思想仍然在突破”。

他說，每個人都應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驗室。

多么好。

就像古迪納夫這個姓一樣——

Goodenough。

閱讀原文：「鏈接」

古迪納夫愛笑，他的笑聲很有穿透力和感染力，幾個教室外就能聽到。