关于绝大多数人来说,科学家们的姓名往往并没那么好记。
但美国固体物理学家、得州大学奥斯汀分校的机械工程和材料科学教授约翰·古迪纳夫(John B. Goodenough),却或许是个破例。他的姓氏:Goodenough,是英文“满足好”的意思。这样的姓名,好记又好听。而他,也确实是一个把自己的人生和人类的命运,都弄得“满足好”的人。
数学身世,深谙固态物理,半路出家搞电池,当过二战兵,30 岁博士结业,54 岁开端研讨电池,58 岁研制钴酸锂,75 岁研制磷酸铁锂,94 岁研制全固态电池,现在 97 岁的古迪纳夫,仍然带着最终一个博士生,并在刚刚曩昔的昨日,拿到了至高的科学荣誉——诺贝尔化学奖,成为史上最高龄的诺奖得主。
视频丨古德纳夫得知自己获奖,他也在获奖后的一份声明中表明:“Live to 97 (years old) and you can do anything.”
2019 年 10 月 9 日,北京时刻下午 5 点 50 分左右,瑞典斯德哥尔摩。并没有过多的虚张声势,瑞典皇家科学院干脆利落地宣告:将 2019 年诺贝尔化学奖,颁发约翰·B·古迪纳夫、M·斯坦利·惠廷厄姆和吉野彰,以赞誉他们在锂离子电池研制范畴作出的奉献。
再一次,诺奖聚集了一项改变了国际的重要创造。全球近三分之二人口具有移动设备,且简直一切移动设备都要由锂离子电池驱动,锂电池走向工业范畴,现已让很多锂电公司繁荣成长。
从手机到清洁动力,从电动牙刷到电动汽车,锂离子电池关于现代社会的重要意义,现已无须赘言。这项技能曾和晶体管一同,被视作电子工业中最巨大的创造。本年的诺奖花落锂离子电池,可谓人心所向。这一切的源头,都来自于这三位科学家的奠基性奉献。
图丨 2019 年诺贝尔化学奖的三位得主(来历:Nobel Prize)
三人之中,获奖名单上的第一个姓名——约翰·B·古迪纳夫,却又分外引起了咱们的重视。
首要,天然是由于他创造了锂离子电池,“创造了一个可以充电的国际”(诺奖评选委员会语);
其次,也是由于他作为近年来一向呼声极高的化学奖得主,现已“陪跑”多年,乃至被称为是“诺贝尔化学奖的村上春树”;
还有,他以 97 岁的高龄成为了诺贝尔奖历史上年岁最高的得主,证明晰要拿诺奖,除了效果顶尖,还得活得够久;
但更重要的是,他一生都在为让人类脱节化石燃料而斗争,并且关于这个现已 97 岁、却仍然精力充分的白叟来说,这个斗争还在持续。
今日,咱们要大书特书的,便是古迪纳夫人如其名、无比精彩的“满足好”的人生。
图丨 古迪纳夫和锂离子电池(来历:麻省理工科技谈论)
家庭不睦、阅读障碍、二战执役下的“人生进度条”
古迪纳夫关于锂离子电池的奉献,不仅仅一句“创造人”就可以归纳的。宣告了锂离子电池横空出世的钴酸锂电池,是他 70 时代末、80 时代初的研讨效果;不少电动汽车常用的磷酸铁锂电池,是他 90 时代的作业结晶;就在前两年,94 岁高龄的古迪纳夫又完成了固态电池范畴的最新打破性效果之一。
但在取得了这些改变了人类进程的“满足好”研讨效果之前,他自己的人生其实并不够好。
古迪纳夫 1922 年出生于德国,幼年是在耶鲁大学所在地、美国康涅狄格的纽黑文度过的。虽然古迪纳夫的父亲是耶鲁的宗教史教授,薪资不菲,但他的爸爸妈妈却常常超标,且家庭不睦。
而咱们今日的主角——约翰·古迪纳夫,则是他母亲本不想要、生下来也没怎样管过的第二个孩子(第一个孩子后来成为了一名闻名的人类学家)。上世纪二十时代的美国,一对夫妻就算爱情再怎样决裂,也不会容易就挑选离婚。这使得古迪纳夫幼年时期的家庭气氛无比压抑和严峻。解救他的,是对天然无穷无尽的探究欲。他常常带上他名叫马克的狗,在康涅狄格纽黑文市郊的树林与小溪里寻觅他的独爱:蝴蝶、蝌蚪和蝾螈。
10 岁的古迪纳夫有了自己的第一个作业抱负——成为一名探险家。
图丨上世纪初的坐落纽黑文的耶鲁大学(来历:Flickr)
但是,进入中学后,对国际充溢猎奇的古迪纳夫却患上了阅读障碍,这让他学习任何东西都变得非常困难。
更糟糕的是,其时并没有多少人知道这其实是一种疾病,患者自己无法控制。因而,在教师和同学们的眼中,这位日后无足轻重的科学家,当年仅仅一个不折不扣的差生,受尽了嘲讽与责罚。即便如此,古迪纳夫仍是更喜爱学校的日子。究竟,跟学校比较,他更不乐意面临家里爸爸妈妈之间无尽的战役。
假如读不明白诗句,就用手把它们抄下来。就这样,他一点一点克服了各种困难,再加上给其它同学熨衣服和做家教赚来的钱,进入了父亲任教的耶鲁大学。
脱节了阅读障碍的困扰,他的智力水平开端闪现。
1944 年,古迪纳夫以最优等荣誉学位从耶鲁大学数学专业本科结业。之后以气象专家的身份参加了第二次国际大战,又在战役完毕后,忽然奉一纸调令从欧洲回到美国,赴芝加哥大学攻读物理学博士学位。本科的时分,他学习的专业是数学,简直没上过多少与科学相关的课程。但一位耶鲁的数学教授,仍是把他塞进了那份只要21 人的老兵进修引荐名单中,让这位现已 24 岁的陆军上尉重返学校。
要不是战役,他的资质或许并不足以让他被齐纳二极管的创造人、克拉伦斯·齐纳选为博士生。
图丨古迪纳夫的博士导师——齐纳,那时的芝加哥大学聚集着泰勒、费米等一众大咖,可谓人才荟萃(来历:Wikipedia)
换了专业,他不得不选修一些本科生的科学课程,从根底补起。一位教授对他说,“我是真的不理解你们这些老兵,任安在物理学范畴取得了什么效果的人,在你这个年岁早就现已完成了,莫非你不知道吗?”
这位教授说的没错,1952 年,古迪纳夫博士结业的时分现已 30 岁了。
20 年麻省理工学院韶光,参加开发第一批 RAM
年少的时分有阅读障碍,读博士的时分年岁也不小了,仍是跨专业,关于常人来说,可以顺畅拿到芝加哥大学的博士学位,就现已可以算是人生巅峰了。但是,古迪纳夫在科学上的天分,却超乎了或许包含他自己在内的一切人的幻想。再加上博士期间,物理学权威齐纳给他打下的坚实的根底,他的人生爬坡,从博士结业才真实开端。并且这一爬,就爬上了一座又一座令人高山仰止的巅峰。
博士结业之后,古迪纳夫加入了麻省理工学院的林肯实验室(Lincoln Laboratory),从事了近 20 年磁性存储器的研讨作业。
图丨麻省理工学院也在诺奖颁出的第一时刻发布了恭喜推特(来历:推特)
20 世纪 50 时代,电脑仍是一个由上万个长得像灯泡相同的真空管组成的庞然大物,信息存储本钱贵重、功率低下。古迪纳夫和他的团队研讨出了一种用磁体来存储信息的新思路,这种新技能速度更快、价格更低、牢靠性还更高。取得研讨打破之后,古迪纳夫宣布了一系列文章,介绍自己在该范畴的理论研讨。他写的一本书乃至成为了不少固态化学研讨人员口中的 “圣经” 。
这些理论后来变成了“古迪纳夫-金森规律(Goodenough-Kanamori Rules)”,并为日后随机存取存储器(RAM)的诞生奠定了适当重要的根底。所谓的随机存取存储器,是现代电子计算机中最重要的存储单元,它有一个更常听到的姓名——内存。
图丨当年蠢笨的真空管计算机和现在细巧的内存条(来历:Wikipedia)
自此,古迪纳夫现已可以算是一名小有效果的科学家了。1972 年石油危机之后,全国际的目光开端聚集到动力范畴相关的研讨,科学家开端大范围地寻觅更可持续的贮存和运用能量的办法,适逢美国国内的研讨经费开端向国防范畴歪斜,古迪纳夫动了脱离麻省理工学院林肯实验室的主意。
电池立异养活很多家企业,他却不是全球十大富豪之一
一向想为发展中国家做点什么的他,原本想去的是伊朗的德黑兰。
那时,伊朗仍是美国的铁杆盟友。但他的妻子总觉得哪里怪怪的,力劝他去英国加盟牛津大学。妻子的“第六感”应验了:很快,伊朗就爆发了伊斯兰革新,跟美国势同水火直到今日;而牛津,则让古迪纳夫进入了全新的范畴——锂离子电池。
1976 年,古迪纳夫搬去牛津的同一年,M·斯坦利·惠廷厄姆创造的第一种可充电的锂离子电池完成了商业化。没错,惠廷厄姆便是本年诺贝尔化学奖的第二位得主。但是,惠廷厄姆的电池虽然是电池工业的一次腾跃,却有一个严峻的问题:在过充的时分极易发生爆炸。这意味着这种技能无法真实投入大规模商用。
但国际并没有等候太久。
短短四年后的 1980 年,古迪纳夫就给出了他的答案——钴酸锂阴极,可以在嵌入、分出很多锂离子之后,仍然坚持结构安稳。钴酸锂电极制成的锂离子电池安全、牢靠,并且电压更高、能量密度更高。比较于其它充电电池,钴酸锂电池可以多贮存一倍、乃至两倍的电能,使得锂离子电池具有更小的体积、更大的容量和愈加安稳的运用方法,既可以用于结构紧凑的器材,也可以用于给大型设备供电。
图丨锂离子电池中钴酸锂阴极示意图(来历:Nobel Prize)
1991 年,索尼公司把古迪纳夫的钴酸锂阴极和吉野彰(也便是第三位获奖者)开发的阳极放在一同,制成了国际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赛产品的横扫:手机、相机、电脑,很多设备中都装置了古迪纳夫创造的钴酸锂锂离子电池。也便是从那时起,“锂电池之父”的名头迅速传播,也开端有人呼吁,应该给古迪纳夫发一个诺贝尔奖了。
到今日,全球锂离子电池的市场规模已达数百亿人民币。
不过,古迪纳夫并没有经过这项创造赚到什么钱。其时的牛津大学不觉得这是一个值得申请专利的技能,古迪纳夫也没能预料到锂离子电池后来能有这么火。他仍是持续搞着他的研讨。取得钴酸锂这项打破的时分,古迪纳夫现已 58 岁,快到退休年岁了。但谁也没有想到,这竟是他在锂离子电池范畴打破的开端。
图丨英国皇家化学会在牛津大学设置的蓝色牌子,留念古迪纳夫等人在此发现锂离子电池的阴极原料钴酸锂(LiCoO2)(来历:Wikipedia)
1986 年,古迪纳夫回到美国,开端在得州大学奥斯汀分校任教。早在 1982 年,他就提出了锰酸锂阴极,回到美国之后,又提出了磷酸铁锂阴极。虽然磷酸铁锂的电压低于钴酸锂,但本钱更低,更重要的是愈加安稳,且可以用更大的功率进行充放电。而“动力充分”这个功用,正是电动汽车、电动工具里装置的“动力电池”所需求的。
这一次,古迪纳夫意识到要为磷酸铁锂注册专利了,却又陷入了一场长年累月、涉及到两国(美国/日本)三方(得州大学/MIT/日本 NTT)的知识产权大战,情节杂乱古怪有如商业间谍大片。所以,古迪纳夫仍是没能赚到钱。
图丨磷酸铁锂电池是最常用的电动汽车电池之一(来历:MIT TECHNOLOGY REVIEW)
进入 21 世纪,创造过两波锂离子电池奇观的古迪纳夫,现已八九十岁了,他的妻子和哥哥也相继离世。同年岁的科学家们大多数都早就退休了,但这不是古迪纳夫想要的日子。
现在,古迪纳夫还仍然每天去实验室,斗争在科研第一线。他周一到周五,每天早上七点都会在办公室开端作业,周六周日也会再在家作业一天半。这样高强度的作业,不少 20 多岁的年轻人都难以承受,而古迪纳夫却现已做了一辈子。他从来没想过退休,夫人也非常支撑他持续作业。
事实上,他从来没有和夫人提出过自己不想退休的主意,夫人也没有自动提出让他退休,所以他也就一向作业着,哪怕他这辈子留给科研的时刻要多于陪同夫人的时刻。
返老还童,全新的固态电池打破正在路上
2017 年,一封名为《约翰·古迪纳夫应该取得诺贝尔奖的公开信》(Open Letter:John Goodenough Deserves A Nobel Prize)出现在了 CleanTechnica 网站上,期望诺贝尔委员会可以颁发古迪纳夫诺贝尔化学奖。不过,这项很多人参加的示威运动,不出意外地没有得到瑞典皇家科学院的回应,2017、2018 年的诺奖,古迪纳夫也持续“陪跑”。但他却有其他更重要的工作要操心。
间隔上一次锂电池范畴的打破,现已曩昔 20 多年了。这期间,很多研讨人员奋力研制着新电池。古迪纳夫觉得,自己仅仅这个部队中的一般一员。他以为,他还需求最终一个严重创造才干无愧于自己——制造出可以使电动汽车替代汽油车的高容量电池。
相同也是在 2017 年,九十多岁高龄的古迪纳夫,带领工程师团队打造了一个新式的低本钱的全固态电池。
比较于之前的运用液态电解质的锂离子电池,这款新电池不易焚烧,能量密度至少是当下锂离子电池的三倍,循环寿数还长,一起,充电速率也从几小时大幅缩短到只要几分钟。各界言论一时惊呼,锂电池之父再度出手,一旦成功商用化,电动汽车的未来又将完全改写。当然,这一最新效果的商业化仍需时日。
特别值得一提的是,这位新晋诺奖得主现在还在带至少一位博士生,团队里也还有十位左右的博士后。
图丨古迪纳夫还在办公室辅导学生,目光好像不错的姿态(来历:Nobel Prize)
92 岁的时分,古迪纳夫曾说,我才 92 岁,我的人成长着呢!
现在,他现已 97 岁了。但这位从来没有由于自己的创造得到过一分钱的锂电池之父,却一点点没有想要停下来的意思,仍然每天在办公室繁忙着。古迪纳夫想要用他现已满足丰厚的学术经历,为人类敞开一个满足清洁的未来;而缓不济急又满足及时的诺奖,则成为了他满足精彩的故事里,又一个满足重量的华章。
Goodenough is goodenough, Goodenough never feel goodenough,the best is yet to come!
图丨诺贝尔奖得主:“对全人类做出了最巨大的奉献” (来历:Nobel Prize)
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责编:黄珊
参阅:
https:///338767/the-man-who-brought-us-the-lithium-ion-battery-at-57-has-an-idea-for-a-new-one-at-92/
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Clarence_Zener
https://zhuanlan.zhihu.com/p/29796312
https://.cn/index/business/chuangtou/4128.html
https:///news/john-bannister-goodenough-inventor-lithium-cobalt-oxide-cathode/
http:///world/2019-10/09/c_1125084479.htm
http://alcalde.texasexes.org/2015/07/the-inventor/
https://en.wikipedia.org/wiki/Dyslexia
https:///news/john-bannister-goodenough-inventor-lithium-cobalt-oxide-cathode/
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Erwin_Ramsdell_Goodenough
https://cleantechnica.com/2017/03/20/open-letter-john-goodenough-deserves-nobel-prize/
https:///2019/10/09/us/john-goodenough-nobel-prize-trnd/index.html