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      新聞資訊
      深扒諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)?7年的人生
      2019-10-12    |   文章來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)    |  分享到:
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      前兩天,2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予美籍科學(xué)家約翰·古迪納夫、英籍科學(xué)家斯坦利·威廷漢和日籍科學(xué)家吉野彰,以表彰他們?cè)阡囯姵仡I(lǐng)域的貢獻(xiàn)。
      如果沒(méi)有鋰電池,將不會(huì)有智能手機(jī),平板電腦和筆記本電腦,也不會(huì)有電動(dòng)汽車(chē)、各種便攜式電子產(chǎn)品、電動(dòng)工具等等??梢哉f(shuō),鋰電池的出現(xiàn),完全改變了現(xiàn)代人的生活。
      (2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的三位獲獎(jiǎng)?wù)撸?/span>
      其中,“足夠好”(Goodenough)爺爺古迪納夫已經(jīng)97歲,成為史上年齡最大的諾獎(jiǎng)獲得者。
      作為二次電池產(chǎn)業(yè)的重要學(xué)者,“鋰電池之父”古迪納夫,發(fā)明了鋰離子電池的陰極材質(zhì)鈷酸鋰,為現(xiàn)代鋰離子電池做出了先驅(qū)性的貢獻(xiàn)。
      因?yàn)樗⒀蓝e(cuò)過(guò)諾貝爾組委會(huì)電話的古迪納夫,在nature的電話采訪中,重提了超級(jí)電池的問(wèn)題:
      “世界需要一個(gè)新型超級(jí)電池。或者說(shuō),我們必須為環(huán)境問(wèn)題和能源問(wèn)題而做出改變?!?年前,他還說(shuō)過(guò)這樣一句話:我只有92歲,我還有時(shí)間去解決問(wèn)題。
      拿著35美元上大學(xué)
      他的成長(zhǎng)生活充滿了困難
      古迪納夫在康涅狄格州紐黑文市郊外的一個(gè)鄉(xiāng)村長(zhǎng)大,他的父親歐文(Erwin)是耶魯大學(xué)宗教史學(xué)者。古迪納夫回憶說(shuō),他父母的關(guān)系“是一場(chǎng)災(zāi)難”,他們對(duì)孩子也很冷漠。
      在自傳中,古迪納夫提到,他的兄弟姐妹,一只叫Mack的狗,家里的傭人,附近的鄰居,都對(duì)自己產(chǎn)生過(guò)積極的影響,他唯獨(dú)沒(méi)提起自己的父母。
      因?yàn)橛虚喿x障礙,古迪納夫無(wú)法在教室里讀書(shū),他喜歡在大自然中游蕩,探索樹(shù)林,抓蝴蝶和土撥鼠,有次他扒了一張臭鼬的皮,被媽媽禁止進(jìn)來(lái)吃飯。
      (古迪納夫在牛津大學(xué))
      但這些并沒(méi)有耽誤他自學(xué)閱讀和寫(xiě)作。
      12歲時(shí),古迪納夫被馬薩諸塞州的一所私立寄宿學(xué)校授予獎(jiǎng)學(xué)金。進(jìn)入寄宿學(xué)校后,古迪納夫很少再收到父母的來(lái)信。
      那之后,古迪納夫的父母離婚,父親再娶了大學(xué)里的研究助手。父母兩人都不關(guān)心古迪納夫。古迪納夫收到耶魯大學(xué)的通知書(shū),他父親給了他35美元,對(duì)他說(shuō):“小子,拿去吧,你可以去上大學(xué)了。”
      那時(shí)耶魯大學(xué)每年的學(xué)費(fèi)大概是900美元。
      為了維持生計(jì),在大學(xué)期間古迪納夫每周工作21小時(shí),夏天時(shí)則去給富人家的兒子們補(bǔ)習(xí)功課,再加上獎(jiǎng)學(xué)金,這讓古迪納夫有了足夠的錢(qián)來(lái)支付學(xué)費(fèi),養(yǎng)活自己。
      前后考試64小時(shí)
      敲開(kāi)了物理學(xué)的大門(mén)
      古迪納夫上大二那年,二戰(zhàn)爆發(fā),他本想去參加志愿服務(wù),但數(shù)學(xué)教授把古迪納夫找到辦公室:“不要像其他同學(xué)一樣去報(bào)海軍陸戰(zhàn)隊(duì),我們需要一些知道數(shù)學(xué)知識(shí)的人來(lái)做戰(zhàn)爭(zhēng)氣象預(yù)報(bào)?!?/span>
      (牛津時(shí)期的古迪納夫 )
      1944年,從耶魯大學(xué)畢業(yè)的古迪納夫,被派去一個(gè)海島,擔(dān)任氣象學(xué)家。戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后,一直保持聯(lián)系的耶魯大學(xué)數(shù)學(xué)教授,建議古迪納夫去讀研究生,他選擇了芝加哥大學(xué)的物理學(xué)專業(yè)。
      為了趕上其他班級(jí)的進(jìn)度,古迪納夫報(bào)名參加初級(jí)本科班,一位負(fù)責(zé)登記的教授說(shuō):“我真不理解你們這些退伍軍人。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???”
      舉世聞名的物理學(xué)大師恩里克·費(fèi)米(Enrico Fermi),負(fù)責(zé)監(jiān)督一個(gè)秘密的核鏈反應(yīng)項(xiàng)目。
      (物理學(xué)大師恩里克·費(fèi)米)
      為了加入這個(gè)團(tuán)隊(duì),古迪納夫參加了32個(gè)小時(shí)的考試,每天8小時(shí),考了4天才結(jié)束。第一次古迪納夫考掛了,于是又考了第二次才過(guò),總計(jì)64小時(shí)。
      當(dāng)時(shí)是芝加哥大學(xué)的凝聚態(tài)材料教授、“齊納二極管”的發(fā)明者齊納(Clarence Zener),成了古迪納夫的導(dǎo)師。
      (古迪納夫的博士導(dǎo)師,物理學(xué)家齊納)
      齊納對(duì)他說(shuō):現(xiàn)在你有兩個(gè)問(wèn)題。第一個(gè)問(wèn)題是找到一個(gè)問(wèn)題。第二個(gè)問(wèn)題是把它解決掉。祝好運(yùn)?!?/span>
      就這樣,古迪納夫進(jìn)入了凝聚態(tài)材料科學(xué)領(lǐng)域。
      54歲拿到牛津offer
      開(kāi)始研究電池
      1976年,古迪納夫去了牛津大學(xué),成為牛津大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任,進(jìn)入了能源研究的世界里。
      當(dāng)時(shí),一位名叫斯坦利·惠廷漢姆(Stanley Whittingham,和古迪納夫一同獲得諾獎(jiǎng))的英國(guó)化學(xué)家,利用鋰外層電子脫出時(shí)釋放的巨大能量研制出了首個(gè)實(shí)用的鋰電池。
      石油巨頭埃克森美孚根據(jù)惠廷漢姆的發(fā)現(xiàn),開(kāi)發(fā)可商用的電池,并申請(qǐng)了鋰電池發(fā)明專利。
      這種電池比其他電池更能儲(chǔ)電、重量更輕、功能更強(qiáng)大,然而鋰的化學(xué)性質(zhì)過(guò)于活潑,稍微與空氣接觸,就會(huì)很容易著火。
      (鋰枝晶現(xiàn)象,它們會(huì)使電池短路,導(dǎo)致著火甚至爆炸)
      古迪納夫相信他可以創(chuàng)造出更好的電池,為新能源的開(kāi)發(fā)做出貢獻(xiàn)。他開(kāi)始尋找新材料來(lái)替代金屬鋰。
      1980年,古迪納夫找到了這種合適的材質(zhì)——鈷酸鋰,解決了早期鋰電池容易產(chǎn)生枝晶然后爆炸的問(wèn)題。使用這種質(zhì)量輕,能量密度高的新型正極材料,可以研制出高容量、更安全的電池。
      (鈷酸鋰晶體結(jié)構(gòu),其中白色的圓球表示鋰原子,紅色表示氧原子,藍(lán)色表示鈷原子)
      但因?yàn)橹暗氖鹿?,牛津大學(xué)沒(méi)有重視古迪納夫的研究。
      古迪納夫把專利送給了牛津大學(xué)附近的政府實(shí)驗(yàn)室。接著,專利又被索尼買(mǎi)走繼續(xù)開(kāi)發(fā),成為了今天各種便攜設(shè)備電池的基礎(chǔ)。今天,鋰離子電池至少價(jià)值350億美元,古迪納夫沒(méi)有拿到這些錢(qián)。
      但古迪納夫并不在意這件事,他說(shuō):“反正我做這個(gè)的時(shí)候也不知道會(huì)這么值錢(qián)……我只知道這是件我應(yīng)該做的事情?!?/span>
      (牛津大學(xué)在古迪納夫當(dāng)年實(shí)驗(yàn)室門(mén)外豎起了牌匾,紀(jì)念鈷酸鋰的發(fā)現(xiàn))
      那一年,古迪納夫57歲。
      古迪納夫一直沒(méi)有停止研發(fā)更好的電池。
      1983年,古迪納夫發(fā)現(xiàn)錳尖晶石是優(yōu)良的正極材料。這種材料的分解溫度高,且氧化性遠(yuǎn)低于鈷酸鋰,即使出現(xiàn)短路、過(guò)充電,也能夠避免了燃燒、爆炸的危險(xiǎn)。截止2013年,錳尖晶石已經(jīng)被用于商業(yè)電池。
      1989年,古迪納夫發(fā)現(xiàn)采用聚電解質(zhì)(例如硫酸鹽)的正極將產(chǎn)生更高的電壓,原因是聚電解質(zhì)的電磁感應(yīng)效應(yīng)。
      (磷酸鐵鋰晶體結(jié)構(gòu),其中白色的圓球表示鋰原子,紅色表示氧原子,紫色表示磷原子,黃色表示鐵原子)
      1997年,古迪納夫發(fā)現(xiàn)了磷酸鋰鐵LFP正極材料,它的晶體結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定,使用壽命更長(zhǎng),充電也更快,古迪納夫也被稱為是“鋰離子電池之父”。
      拿諾獎(jiǎng)并不是結(jié)束
      還有一個(gè)更大的想法
      因?yàn)榕=蛴?5歲強(qiáng)制退休政策,所以在64歲的時(shí)候,古迪納夫去了德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校,作為機(jī)械工程和材料科學(xué)教授,繼續(xù)自己的研究工作。
      (德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校,古迪納夫與學(xué)生在辦公室討論)
      現(xiàn)在,古迪納夫正在研究電池科學(xué)界里每個(gè)人都在努力的一些大問(wèn)題。其中之一是弄清楚如何用鈉代替鋰,鈉基本上可以無(wú)限供應(yīng),但鋰不是。另一個(gè)巨大的挑戰(zhàn),是如何制造更強(qiáng)大的電池——古迪納夫想重新用回金屬鋰正極,打造成超級(jí)電池。
      使用這種超級(jí)電池的電動(dòng)車(chē),可以和內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)相媲美。使用這種超級(jí)電池,也可以更好地儲(chǔ)存風(fēng)能和太陽(yáng)能。
      鋰很危險(xiǎn),但如果能把純鋰制成正極材料,所得到的新型超級(jí)電池,將比目前的電池多出60%的能量。
      只所以選擇這項(xiàng)棘手的研究,并不單純是為了用最后一項(xiàng)重大發(fā)明來(lái)結(jié)束古迪納夫自己的職業(yè)生涯,更多是因?yàn)椤?/span>
      “我不想等待死亡,我相信我們正在努力的事情非常重要。在環(huán)境污染和資源短缺真正引發(fā)嚴(yán)重問(wèn)題之前,我們還有足夠的時(shí)間來(lái)突破?!倍囯姵乜梢酝苿?dòng)清潔能源技術(shù)和電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展,有助于減少溫室氣體和細(xì)顆粒物的排放。
      (思考新研究課題的古迪納夫)
      在此前的一次采訪中,古迪納夫提到,生活取決于選擇。我可能沒(méi)有錢(qián),但我一直都在做出很好的選擇??梢哉f(shuō),我盡力了。
      雖然已經(jīng)榮譽(yù)等身,但97歲的古迪納夫,并沒(méi)有停止探索的步伐,他每天前往大學(xué)里的實(shí)驗(yàn)室,和助手們研究著新型超級(jí)電池。
      正如他的名字(Goodenough)一樣,覺(jué)得不夠好,就選擇更努力。
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