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“鋰電之父”的傳奇人生

2023/06/29
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閱讀需 13 分鐘
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作者:陳重山? ?編輯:阿峰? ?排版:浩天

2023年6月25日,諾貝爾化學獎得主,美國材料科學家、固體物理學家,鋰電池的奠基人之一約翰·B·古迪納夫(John Bannister Goodenough)逝世,享年100歲。

古迪納夫被業(yè)內尊稱為“鋰電池之父”,是鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等鋰電池正極材料的研發(fā)人。2019年,古迪納夫與美國化學家M. Stanley Whittingham和日本化學家吉野彰因對研發(fā)鋰電池做出的貢獻,共同獲得諾貝爾化學獎。

生前,古迪納夫曾說:“我想解決汽車的問題。我想讓汽車尾氣從全世界的高速公路上消失。我希望我死之前能看到這一天?!?/p>

他的這個未盡的遺愿,或將在我國一步步變?yōu)楝F實。

新能源汽車是減污降碳,消除“汽車尾氣”的必然選擇。而我國新能源汽車的產銷量,連續(xù)8年位居世界第一。

我國新能源汽車的未來,也十分廣闊。在1月12日百人會舉辦的2023年度媒體溝通會,中國電動汽車百人會副理事長兼秘書長張永偉表示,2023年,我國新能源汽車整體市場規(guī)模有望達到1000萬輛的規(guī)模,滲透率提升至接近40%。國研中心市場經濟研究所王青預測,新能源汽車對燃油車的替代效應越來越強,到2030年,新能源汽車的市場占有率將達到90%。重慶長安汽車股份有限公司董事長朱華榮早在2022就表示,中國汽車產業(yè)已初步具備停售(純)燃油車的基本條件。

古迪納夫與中國的淵源頗深。

能讓“汽車尾氣”消失的磷酸鐵鋰電池,搭載“上車”,我國的比亞迪做出貢獻頗大。2003年,一直在生產鋰電池的比亞迪,看到了電動汽車的未來,不顧資本市場上的反對,毅然轉型生產汽車,押注的就是古迪納夫研發(fā)出的磷酸鐵鋰電池。如今,比亞迪已成全球最大新能源汽車公司。

2019年,寧德時代21C創(chuàng)新實驗室奠基,古迪納夫還特意發(fā)來賀信,對寧德時代等我國企業(yè)“在世界范圍內減少人們對于化石燃料的依賴”表示贊賞。

?古迪納夫對寧德時代的賀信 圖源:寧德時代

古迪納夫逝世之時,已達百歲,可謂高壽??v觀其人生經歷,他的每一步,好像都晚別人一大截子。他54歲才改行研究鋰電池,58歲才發(fā)現鈷酸鋰更適合做鋰電池的正極材料,直到75歲“古稀之年”才研發(fā)出磷酸鐵鋰電池,94歲“鮐背之年”才研發(fā)全固態(tài)電池。拿到諾貝爾獎時,已是97歲,是史上最高齡的諾貝爾獎獲得者,真可謂大器晚成的典型。

不過,如他所言:“做一只爬得最久的烏龜,保持學習保持好奇,即使慢一點,遇到一點困難,只要最后能到達終點?!比松?,什么時候開始都不遲。

本文圍繞古迪納夫百歲逝世這一事件,試圖回答三個方面的問題。

1、古迪納夫的前半生經歷是怎樣的?

2、哪些事跡構成了古迪納夫大器晚成的后半生?

3、古迪納夫的人生經歷,給我們后人什么啟示?

半生蹉跎

古迪納夫出生于1922 年 7 月 25 日,童年時,因為經常目睹父母關系緊張的情景,并不愉快。他考大學的前夕,父母離婚了。雖然最終依然考上了耶魯大學,卻面對900美元每年的學費捉襟見肘,因為他僅從父親那獲得35美元。不得已,靠獎學金和當家教,才湊夠學費。

大學期間,古迪納夫可能很迷茫,換過三四個專業(yè),先后嘗試修古典文學、哲學和數學等專業(yè),最終拿到的是數學學士學位。

古迪納夫畢業(yè)時,是1944年,正好趕上二戰(zhàn)。他加入了空軍,卻沒當上飛行員,而是被派到海島上收集氣象數據。

1946年,古迪納夫退役,年齡已達24歲,打算去芝加哥大學讀物理學位,卻遭遇大學登記員的“勸退”,認為古迪納夫此時入行物理學,已經晚了,很難做出成績。縱觀物理學大家的經歷,愛因斯坦26歲提出相對論,居里夫人36歲時拿到諾貝獎,即使是古迪納夫的導師齊納也在30歲時發(fā)明了齊納二極管

古迪納夫雖然一意孤行讀了物理,且讀到了物理學博士。但是,他此后的經歷,似乎驗證了登記員當年的預測。古迪納夫雖獲準在麻省理工學院林肯實驗室開始研究半導體,但干了24年,直到1976年,依然沒有絲毫突破。更為關鍵的是,在這一年,54歲的古迪納夫還將遭到林肯實驗室的解雇。

當時,已年過百半的古迪納夫,有幸獲得牛津大學的聘書,只是,他又改行了,從物理跨行到化學,開始研究無機化學。這種跨行行為,在當時是令人瞠目結舌的。但是,正是這次跨行,讓他開始了鋰電池的研究,為后來的事業(yè)騰飛奠定的基礎。

當時的鋰電池屬第一代,是英國科學家惠廷厄姆研發(fā)出來的,但因為使用硫化鈦材料作為正極材料,極易爆炸。古迪納夫堅信有新的替代材料,夜以繼日地研究了三四年時間。1980年,58歲的古迪納夫找到了替代硫化鈦的材料,即鈷酸鋰。這讓鋰電池而更加穩(wěn)定,且重量減少一半以上。

后來,日本索尼的化學家研發(fā)出了鋰電池可用的石墨負極材料,與古迪納夫研發(fā)出的正極材料完美搭配,開發(fā)了新型鋰電池。索尼等企業(yè)將這種電池應用于便攜式攝像機、筆記本電腦、手機等無線電子產品中,得以廣泛商業(yè)化。

大器晚成

古迪納夫雖在牛津大學有所成就,但牛津大學卻有著65歲強制退休的傳統(tǒng)。古迪納夫不服老,依然醉心研究,他認為自己研發(fā)出的鈷酸鋰電池,缺點非常多,譬如,安全性差、成本高、壽命短等,需要繼續(xù)改進。

于是,在退休的前一年,即64歲那年,古迪納夫跳槽到德克薩斯州,繼續(xù)研究。

目前看來,整個消費電子,新能源汽車行業(yè),都要感謝他的這次“不服輸”與跳槽。正是這之后的研究,使古迪納夫發(fā)現了磷酸鐵鋰正極材料,這種材料比之前的鈷酸鋰更便宜、更安全。目前市面上的消費電子,如智能手機、電腦等,多使用磷酸鐵鋰電池。更為關鍵的是,磷酸鐵鋰電池“上車”,使得如今的新能源汽車得以快速發(fā)展。

這次輝煌成就的出爐,對于古迪納夫來說,并不輕松,來源于他十來年的漫長研究。一直到1997年,75歲的古迪納夫才發(fā)現了磷酸鐵鋰這一正極材料。

磷酸鐵鋰電池的研發(fā),如今看來,居功至偉。不過,直到十年后,古迪納夫才開始收獲榮譽。2009年,古迪納夫獲得了費米獎,以及由英國皇家化學學會頒布、以他名字命名的“John B.Goodenough”獎。2013年,他還獲得美國前總統(tǒng)奧巴馬親自授予的美國國家科學獎章。

當時,不少學界人士認為,古迪納夫在鋰電池上的研發(fā),足以獲得諾貝爾獎。2017年,一封名為《約翰·古迪納夫應該獲得諾貝爾獎的公開信》(Open Letter:John Goodenough Deserves A Nobel Prize)出現在了 CleanTechnica 網站上。

又經歷了幾年,2019年,已97歲高齡的古迪納夫,終于獲得了瑞典皇家科學院的認定,他與惠廷漢姆和吉野彰三位科學巨匠,因為在鋰電池研發(fā)道路上所做出的貢獻,共同獲得了諾貝爾化學獎。他也因此成為了史上最高齡的諾貝爾獎獲得者。

這份姍姍來遲的獎項,足以讓古迪納夫彪炳史冊。

只是古迪納夫依然醉心科學事業(yè),即使獲得了榮譽,也不想退休,依然繼續(xù)從事能源方面的研究??恐拍畹闹危攀鄽q高齡的古迪納夫帶領工程師團隊打造出一個新型的低成本的全固態(tài)電池。這款新電池能量密度至少是當下鋰離子電池的三倍,且不易燃燒,循環(huán)壽命更長,同時,充電速率也從幾小時大幅縮短到只有幾分鐘。

淡薄名利

如今,斯人已去,縱觀古迪納夫一生,大器晚成,卻依然足以讓后輩膜拜。其孜孜不倦的研究精神,值得后人學習。

古迪納夫科學研究的一生,可謂“甘坐冷板凳”的典型。他一坐冷板凳就是幾年、十幾年,甚至二十幾年也沒突破;但是,他沒有絲毫氣餒,哪怕面臨失業(yè)、強制退休,依然堅持研究。即使已屆高齡,拿到了最高榮譽——諾貝爾獎后,他還是一頭扎在實驗室里。

更為可貴的是,古迪納夫一生淡泊名利的作風,與中華民族的傳統(tǒng)道德十分契合。

早在上世紀80年代,古迪納夫研發(fā)出鈷酸鋰電池。當時,牛津大學以應用前景渺茫為由,拒絕幫其申請專利,這才使得索尼輕松買走這個技術,從而成功實現了商業(yè)化,在消費電子領域獲得了豐厚的利潤。

但古迪納夫卻未從中賺到一分錢。他事后只是淡定地說:“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>

古迪納夫研發(fā)出的磷酸鐵鋰電池,市場規(guī)模更是十分巨大,單就2022年,據國際市場研究機構MarketsandMarkets公布的報告,全球磷酸鐵鋰電池市場規(guī)模就達130億美元,未來,將處于快速增長之中。尤其是儲能賽道的快速發(fā)展,對磷酸鐵鋰電池的需求,將會越來越大。

但是,這也沒有給古德納夫帶來多少收入。當年,在古迪納夫還在完善磷酸鋰鐵電池的時候,得到消息的日本企業(yè)不惜派遣出商業(yè)間諜,混進古迪納夫的實驗室,在古迪納夫申請專利之前,就竊取了磷酸鐵鋰電池的技術。古迪納夫發(fā)現后,才急急忙忙讓所在的德州大學在美國代為申請了專利。

作為一介研究人員,古迪納夫并不擅長維護自身的專利技術。他直接把專利授權給德州大學,而德州大學又把專利賣給德國南方化工和加拿大的魁北克水電公司。這兩家公司十分擅長商戰(zhàn),開啟了長久的專利權大戰(zhàn),因此獲得了不少收入。

但這些收入,已與古迪納夫無關。2018年,有媒體問過古迪納夫,有沒有后悔交出專利技術?他卻表示,“我從來沒想過它會這么值錢,我所想的就是做出一款電池,做出和內燃機匹敵的電動汽車?!?/p>

如今,中國電動汽車技術和市場規(guī)模,均居世界魁首,且未來潛力巨大,是對這位科學巨匠的告慰。

古迪納夫,值得我們尊敬與學習!

 

 

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