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走進(jìn)科晶

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Goodenough與科晶的緣分(來(lái)源: Goodenough先生回信)

發(fā)布時(shí)間:2020-01-13

        北京時(shí)間10月9日下午5點(diǎn)50分左右,諾貝爾委員會(huì)宣布2019諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給美國(guó)約翰·巴尼斯特·古迪納夫(John B.Goodenough), 英裔美國(guó)化學(xué)家斯坦利·威廷漢(Stanley Whittingham)和日本化學(xué)家吉野彰(Akira Yoshino),以表彰他們?cè)阡囯x子電池方面做出的杰出貢獻(xiàn)。


Goodenough與科晶的緣分:

        科晶聯(lián)盟的創(chuàng)始人江曉平博士當(dāng)年做小型材料實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的想法正是得益于John B. Goodenough老先生的啟發(fā)。老先生一直也是江曉平博士最敬仰的教授之一,在得知老先生長(zhǎng)期以來(lái)一直堅(jiān)持在研發(fā)第一線(xiàn),但實(shí)驗(yàn)室設(shè)備很陳舊時(shí),深有感觸。于是在2012年捐了一套實(shí)驗(yàn)室鋰電池研發(fā)設(shè)備給他,幫他改善實(shí)驗(yàn)條件,為此老先生還親自回信給江曉平博士,江曉平博士將這封信一直珍藏至今。

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Goodenough教授給江曉平董事長(zhǎng)的回信


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Goodenough教授與江曉平董事長(zhǎng)的合影



Goodenough的傳奇故事:

     1922年,約翰·巴尼斯特·古迪納夫(John B. Goodenough)出生在美國(guó),他的祖籍是德國(guó)耶拿(Jena)。古迪納夫的童年是在康涅狄格州紐黑文市長(zhǎng)大的,他的父親是當(dāng)?shù)匾敶髮W(xué)宗教史的一名學(xué)者。

     古迪納夫的童年似乎并不溫暖和充滿(mǎn)樂(lè)趣,因?yàn)樗甑募彝ゲ⒉恍腋?,他形容父母的關(guān)系是“一場(chǎng)災(zāi)難”。古迪納夫的父母最終還是離婚了,之后他考入了耶魯大學(xué)。事后回憶,古迪納夫稱(chēng)他覺(jué)得進(jìn)入大學(xué)這種對(duì)家庭的逃離讓他松了口氣。在耶魯大學(xué),古迪納夫先是學(xué)習(xí)古典文學(xué),后來(lái)轉(zhuǎn)到了哲學(xué)。大一的時(shí)候,古迪納夫選修學(xué)了兩門(mén)化學(xué)課。后來(lái),他碰到一個(gè)數(shù)學(xué)教授,看古迪納夫天賦異稟,就鼓勵(lì)他學(xué)習(xí)數(shù)學(xué),他聽(tīng)從了建議,畢業(yè)的時(shí)候取得了數(shù)學(xué)學(xué)士學(xué)位。大學(xué)短短幾年時(shí)間,古迪納夫就學(xué)習(xí)了這么多的專(zhuān)業(yè),冥冥之中這似乎也對(duì)他隨后的生涯做出了某種預(yù)示。

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紐黑文市,美國(guó)康涅狄格州的第二大城,位于紐黑文縣境內(nèi)

1930年代的耶魯校園,圖片來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)


     大學(xué)畢業(yè)以后,二戰(zhàn)爆發(fā),古迪納夫參加了美國(guó)空軍。一直到1946年,在軍隊(duì)上他被告知自己被選中在芝加哥大學(xué)或西北大學(xué)學(xué)習(xí)物理或數(shù)學(xué),于是古迪納夫來(lái)到芝加哥大學(xué)注冊(cè)成為物理學(xué)的研究生。當(dāng)古迪納夫不得不注冊(cè)初級(jí)本科課程以求趕上他人時(shí),一位教授評(píng)論道:“我實(shí)在是不明白你們這幫退伍軍人,難道你不知道任何曾經(jīng)做過(guò)有趣的物理學(xué)的人在你這個(gè)歲數(shù)之前都已經(jīng)做完了,你是想才開(kāi)始嗎”。盡管如此古迪納夫并沒(méi)有一絲退縮,他用自己的行動(dòng)證明了大器也可以晚成。

     1952年,在芝加哥大學(xué)古迪納夫完成了自己的學(xué)業(yè),拿到了博士學(xué)位。同年,他加入麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室,負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)亞鐵磁陶瓷,為數(shù)字計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)第一個(gè)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)。一直到1976年,古迪納夫得到了機(jī)會(huì)去英國(guó)牛津大學(xué)繼續(xù)研究,在牛津大學(xué)他成了無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任。這年,他54歲。當(dāng)古迪納夫還在為適應(yīng)在英國(guó)的新生活時(shí),他可能從未想過(guò)這里將會(huì)是他人生的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn):在這里,他的研究領(lǐng)域轉(zhuǎn)到了電池。他將從一位物理學(xué)家成為影響世界的“鋰電池之父”。

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牛津時(shí)期的古迪納夫,圖片來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)


      在20世紀(jì)70年代,英國(guó)化學(xué)家斯坦利·威廷漢(Stanley Whittingham)在可充電電池上取得了巨大的突破,以TiS2為正極,Li-Al合金為負(fù)極的基于鋰離子嵌入式反應(yīng)的二次電池。鋰離子可以從一個(gè)電極穿梭到另一個(gè)電極,從而形成可充電電池,威廷漢稱(chēng)這種原理為嵌入式。但是這種電池存在很大的安全隱患問(wèn)題,由于充放電過(guò)程中鋰枝晶的產(chǎn)生會(huì)刺破正負(fù)極之間的隔膜,造成短路,從而會(huì)引起電池自燃。

     古迪納夫堅(jiān)持自己能發(fā)明更高效,更安全的鋰離子電池。1980年,古迪納夫的研究終于有了成果,他推出了全新的鋰電池正極材料——鈷酸鋰。鈷酸鋰正極材料有效的改善了鋰枝晶的問(wèn)題。此時(shí)在地球的另一端,日本化學(xué)家吉野彰(Akira Yoshino)也在絞盡腦汁的攻克鋰離子電池難題。他已經(jīng)找到了合適的負(fù)極材料,但苦于沒(méi)有合適的正極材料——直到他讀到了古迪納夫的論文。吉野彰回憶:“古迪納夫的發(fā)現(xiàn)給了我所需要的一切,鈷酸鋰運(yùn)行良好,能把現(xiàn)有的鋰鎘電池的重量縮減三分之一”。1991年,兩人合作發(fā)明的鋰離子電池被索尼公司推向市場(chǎng),標(biāo)志著鋰離子電池的大規(guī)模使用。

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照片攝于1982年的牛津大學(xué),約翰·古迪納夫位于第一排左二。圖片來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)


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英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)在牛津設(shè)立的藍(lán)色牌匾,以紀(jì)念在此為可充電電池作出的偉大貢獻(xiàn),古迪納夫的名字赫然在列    圖片來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)


      1986年,從牛津大學(xué)退休的古迪納夫回到了祖國(guó),進(jìn)入德克薩斯州大學(xué)奧斯丁分校,繼續(xù)著他的研究。直到1997年,經(jīng)過(guò)不斷嘗試,古迪納夫和他的實(shí)驗(yàn)室,在度發(fā)現(xiàn)鋰離子正極材料——磷酸鐵鋰。這一年,他75歲。

     直到2019年10月9日古迪納夫獲得諾貝爾獎(jiǎng),彼時(shí),他已經(jīng)有97歲的高齡了,是截止目前年齡最高的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。

     如今,如此高齡的古迪納夫老先生并沒(méi)有打算退休,而是繼續(xù)著他的科研事業(yè)。老先生目前將研究重點(diǎn)指向了全固態(tài)電池。2018年3月9日,古迪納夫老先生在《Nature Electronics》發(fā)表了一篇題為《How we made the Li-ion rechargeable battery》的文章。文章中老先生追述了鋰離子電池的歷史,并展望了可充電電池的未來(lái)發(fā)展方向——全固態(tài)電池。

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