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Goodenough与科晶的缘分(来源: Goodenough先生回信)

发布时间:2020-01-13

        北京时间10月9日下午5点50分左右,诺贝尔委员会宣布2019诺贝尔化学奖颁发给美国约翰·巴尼斯特·古迪纳夫(John B.Goodenough), 英裔美国化学家斯坦利·威廷汉(Stanley Whittingham)和日本化学家吉野彰(Akira Yoshino),以表彰他们在锂离子电池方面做出的杰出贡献。


Goodenough与科晶的缘分:

        科晶联盟的创始人江晓平博士当年做小型材料实验室设备的想法正是得益于John B. Goodenough老先生的启发。老先生一直也是江晓平博士最敬仰的教授之一,在得知老先生长期以来一直坚持在研发第一线,但实验室设备很陈旧时,深有感触。于是在2012年捐了一套实验室锂电池研发设备给他,帮他改善实验条件,为此老先生还亲自回信给江晓平博士,江晓平博士将这封信一直珍藏至今。

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Goodenough教授给江晓平董事长的回信


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Goodenough教授与江晓平董事长的合影



Goodenough的传奇故事:

     1922年,约翰·巴尼斯特·古迪纳夫(John B. Goodenough)出生在美国,他的祖籍是德国耶拿(Jena)。古迪纳夫的童年是在康涅狄格州纽黑文市长大的,他的父亲是当地耶鲁大学宗教史的一名学者。

     古迪纳夫的童年似乎并不温暖和充满乐趣,因为他童年的家庭并不幸福,他形容父母的关系是“一场灾难”。古迪纳夫的父母最终还是离婚了,之后他考入了耶鲁大学。事后回忆,古迪纳夫称他觉得进入大学这种对家庭的逃离让他松了口气。在耶鲁大学,古迪纳夫先是学习古典文学,后来转到了哲学。大一的时候,古迪纳夫选修学了两门化学课。后来,他碰到一个数学教授,看古迪纳夫天赋异禀,就鼓励他学习数学,他听从了建议,毕业的时候取得了数学学士学位。大学短短几年时间,古迪纳夫就学习了这么多的专业,冥冥之中这似乎也对他随后的生涯做出了某种预示。

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纽黑文市,美国康涅狄格州的第二大城,位于纽黑文县境内

1930年代的耶鲁校园,图片来源:网络


     大学毕业以后,二战爆发,古迪纳夫参加了美国空军。一直到1946年,在军队上他被告知自己被选中在芝加哥大学或西北大学学习物理或数学,于是古迪纳夫来到芝加哥大学注册成为物理学的研究生。当古迪纳夫不得不注册初级本科课程以求赶上他人时,一位教授评论道:“我实在是不明白你们这帮退伍军人,难道你不知道任何曾经做过有趣的物理学的人在你这个岁数之前都已经做完了,你是想才开始吗”。尽管如此古迪纳夫并没有一丝退缩,他用自己的行动证明了大器也可以晚成。

     1952年,在芝加哥大学古迪纳夫完成了自己的学业,拿到了博士学位。同年,他加入麻省理工学院林肯实验室,负责开发亚铁磁陶瓷,为数字计算机开发第一个随机存取存储器(RAM)。一直到1976年,古迪纳夫得到了机会去英国牛津大学继续研究,在牛津大学他成了无机化学实验室主任。这年,他54岁。当古迪纳夫还在为适应在英国的新生活时,他可能从未想过这里将会是他人生的重要转折点:在这里,他的研究领域转到了电池。他将从一位物理学家成为影响世界的“锂电池之父”。

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牛津时期的古迪纳夫,图片来源:网络


      在20世纪70年代,英国化学家斯坦利·威廷汉(Stanley Whittingham)在可充电电池上取得了巨大的突破,以TiS2为正极,Li-Al合金为负极的基于锂离子嵌入式反应的二次电池。锂离子可以从一个电极穿梭到另一个电极,从而形成可充电电池,威廷汉称这种原理为嵌入式。但是这种电池存在很大的安全隐患问题,由于充放电过程中锂枝晶的产生会刺破正负极之间的隔膜,造成短路,从而会引起电池自燃。

     古迪纳夫坚持自己能发明更高效,更安全的锂离子电池。1980年,古迪纳夫的研究终于有了成果,他推出了全新的锂电池正极材料——钴酸锂。钴酸锂正极材料有效的改善了锂枝晶的问题。此时在地球的另一端,日本化学家吉野彰(Akira Yoshino)也在绞尽脑汁的攻克锂离子电池难题。他已经找到了合适的负极材料,但苦于没有合适的正极材料——直到他读到了古迪纳夫的论文。吉野彰回忆:“古迪纳夫的发现给了我所需要的一切,钴酸锂运行良好,能把现有的锂镉电池的重量缩减三分之一”。1991年,两人合作发明的锂离子电池被索尼公司推向市场,标志着锂离子电池的大规模使用。

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照片摄于1982年的牛津大学,约翰·古迪纳夫位于第一排左二。图片来源:网络


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英国皇家化学会在牛津设立的蓝色牌匾,以纪念在此为可充电电池作出的伟大贡献,古迪纳夫的名字赫然在列    图片来源:网络


      1986年,从牛津大学退休的古迪纳夫回到了祖国,进入德克萨斯州大学奥斯丁分校,继续着他的研究。直到1997年,经过不断尝试,古迪纳夫和他的实验室,在度发现锂离子正极材料——磷酸铁锂。这一年,他75岁。

     直到2019年10月9日古迪纳夫获得诺贝尔奖,彼时,他已经有97岁的高龄了,是截止目前年龄最高的诺贝尔奖获得者。

     如今,如此高龄的古迪纳夫老先生并没有打算退休,而是继续着他的科研事业。老先生目前将研究重点指向了全固态电池。2018年3月9日,古迪纳夫老先生在《Nature Electronics》发表了一篇题为《How we made the Li-ion rechargeable battery》的文章。文章中老先生追述了锂离子电池的历史,并展望了可充电电池的未来发展方向——全固态电池。

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华北电力大学(来源:央视新闻联播)

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