大器晚成“够好先生”:曾遭导师劝退,陪跑多年97岁获诺奖

澎湃新闻记者 陈凌瑶 虞涵棋

2019-10-10 12:10 来源:澎湃新闻

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“很高兴我活得足够长!”在被告知自己是迄今为止年龄最大的诺贝尔奖获得者时,97岁的美国固体物理学家约翰⋅古迪纳夫(John B. Goodenough,编注,good enough,足够好)这样说道。他表示,还要再工作5年,102岁退休!
当地时间10月9日,瑞典皇家科学院宣布,将2019年诺贝尔化学奖授予约翰⋅古迪纳夫、斯坦利⋅威廷汉(M. Stanley Whittingham)和吉野彰(Akira Yoshino),以表彰他们在锂离子电池领域的贡献。
在一段视频中,古迪纳夫拄着拐杖,笑容洋溢地说道,“这真是个惊喜!我只能说这是一个多么非凡的日子,我非常高兴能获得诺贝尔奖,让我获得如此荣誉。”
约翰⋅古迪纳夫在办公室中
古迪纳夫出生于1922年,目前是美国得克萨斯大学奥斯汀分校机械工程和材料科学教授,现在仍然一有时间就去实验室。他被称为“锂电池之父”,是钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂正极材料的发明人。
他在2009年获得了费米奖,以及由英国皇家化学学会颁布、以他名字命名的“John B.Goodenough” 奖,于2013年获得奥巴马亲自授予的美国国家科学奖章。
作为锂电池领域突出贡献者,古迪纳夫每年都被列入“预测得奖名单”,但每年都会错过——直到今年。他曾说,有些人就像是乌龟,走得慢,也找不着路,但它却能够一直不停地爬下去。
值得一提的是,古迪纳夫也是目前为止获得诺贝尔奖时年龄最大的科学家。在此之前,这个记录由96岁高龄获得2018年诺贝尔物理学奖的阿瑟·阿什金保持。而同样出生于1922年的物理学家杨振宁在62年前就已经斩获了诺贝尔物理奖。
锂电池领域贡献巨大,却多年诺奖陪跑
当前最常见的锂电池中,正极为钴酸锂材料,负极是碳材料。这种重量轻、可充电的高能量密度电池如今已经广泛应用于手机、笔记本电脑以及电动汽车等各种设备。它还可以储存大量来自太阳能和风能的能量,使得无化石燃料的社会成为可能。
在锂电池发明之前,最初的可充电电池的电极中含有固体物质,当它们与电解液发生化学反应时会分解,从而毁坏电池。锂离子电池的基础是在上世纪70年代的石油危机期间建立的。英籍化学家斯坦利⋅威廷汉起草了锂电池的初步设计方案,以硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,制成了一个可以充放电的电池。
但该电池的电化学反应使它容易爆炸,还会在反复的充放电过程中逐渐衰减。古迪纳夫则认为他能设计出一款更有效且没有上述缺陷的锂电池。根据避免在电极中使用金属锰的思路,古迪纳夫和团队开始在金属氧化物中寻找替代材料。
约翰⋅古迪纳夫的电池
经过四年的实验,古迪纳夫于1980年开发出了锂离子可充电电池的首选阴极材料钴酸锂,其较之金属锂更为温和且能够提升了电池储存电量。两年后,古迪纳夫实验室又发现了另一种更为稳定和便宜的材料锰酸锂。
以古迪纳夫的研究为基础,日本化学家吉野彰使用钴酸锂阴极和碳阳极,在1985开发了第一个商业上可用的锂离子电池原件。这种电池的功能不是基于任何有害的化学反应,而是让锂离子在电极之间来回流动,这使得电池寿命更长。
1991年,索尼公司率先将其真正商业化。锂电池研究由此成为热门,全世界的实验室都开始探索体积更小、能量密度更高的锂电池结构。而在此之前,没有人预料到这项研究具有如此巨大的商业市场。
1997年,古迪纳夫和团队又开发了另一种更加稳定安全的正极材磷酸铁锂,它是目前电动汽车、电动大巴、电动船舶、大规模储能、通信基站、数据中心等所用电池的主流材料。
值得一提的是,尽管根据行业分析公司预测,当前的锂电池市场至少值350亿美元,但作为开发者的古迪纳夫却几乎没有从中获益。牛津大学并没有为古迪纳夫的电池技术申请专利,为了让这项技术走向市场,他最终把专利转给了牛津大学附近的政府实验室英国原子能研究机构(AERE Harwell)。
但古迪纳夫本人对此并不在意。他曾在采访中表示,他经常被问“当你这样做的时候,你能预料到会产生什么结果吗?”,而他的答案是“当然没有,我只知道这是一件我应该做的事情”。
凭借在锂电池领域的突出贡献,古迪纳夫成为诺贝尔化学奖的热门人选,每年都被列入“预测得奖名单”,许多人都认为他配得上化学界的最高荣誉。陪跑多年后,他在今年终于如愿以偿。
退伍返学曾遭劝退,47岁首次接触电化学
古迪纳夫于1922年出生于德国耶拿,在康涅狄格州纽黑文市长大。他的父亲是耶鲁大学宗教史学者,他的哥哥比他大三岁,后来是宾夕法尼亚大学人类学家。尽管家庭富足,父母的关系却并不和谐,按他的话说甚至“是一场灾难”,这种摩擦演化为对孩子的冷漠。古迪纳夫曾回忆,他童年的唯一玩伴是一条叫Mack的狗。
他在12岁时被送到马萨诸塞州的一所私立寄宿学校念书,此后便很少再有父母消息。由于有严重的阅读障碍,古迪纳夫一开始的学习并不顺利。他曾提到,“我阅读起来很困难,但是最终还是自学了阅读和写作。”
年轻时的约翰⋅古迪纳夫
1940年,古迪纳夫考入耶鲁大学。但由于和家中关系不好,他的父亲只给了他35美元,而当时耶鲁大学的学费一年是900美元。于是他靠奖学金和给有钱人家小孩当家教填补学费,再也没问家里要一分钱。大学期间,他先是学习古典文学,随后又转而攻读哲学,为了凑学分还多选修了两门化学课。后来有数学教授认为他颇具天赋,又考虑到自己阅读上的困难,他便转修数学,并以优异的成绩从耶鲁大学数学系毕业。
二战爆发后,古迪纳夫进入美国航空部队工作,被派到太平洋一个海岛上收集气象数据。期间,他阅读了阿尔弗雷德·诺斯·怀特海德的开创性著作《科学与现代世界》,该书分析了科学发现对不同历史时期的影响。古迪纳夫在自传中写道,“我只是觉得我应该做的是科学。尽管我还没有一个清晰的规划,但是我知道,如若我有机会,我会去学习物理。”
战争结束后不久,这个机会就来了。1946年,古迪纳夫被一封电报召回华盛顿。彼时,联邦基金可以帮助一批退伍军人到芝加哥大学参与自然科学的研究生课程,一位耶鲁大学的数学系教授在名单中填了古迪纳夫的名字,他便得以进入芝加哥大学学习物理。
对于古迪纳夫而言,从军几年后重返学校是一项挑战,尤其学习一门全新学科。在他入学时,登记员劝退他说,“我不明白你们这些退伍军人。难道你不知道,凡是在物理学上有过重大成就的人,在你这个年纪就已经做出了成绩吗?你现在还想开始吗?”
但古迪纳夫并没有气馁,他在物理界大牛克拉伦斯·齐纳的指导下研究固态物理学,并于1951年和1952年分别获得芝加哥大学物理学硕士和博士学位。他曾提到,齐纳在第一次见面时就告诉他,“现在你有两个问题,第一个问题是找到一个问题,第二个问题是把它解决掉。”现在看来,古迪纳夫两点都做到了。
毕业后,古迪纳夫被推荐到麻省理工学院的林肯实验室,在1952至1976年间从事固体磁性的相关研究。在那里,他发现了材料中磁体交换的规律,为后来数字计算机的随机存取存储器(RAM)的开发奠定了基础。古迪纳夫曾提到,他于1969年应邀负责福特公司1967年发明的钠硫电池项目,这也是他首次接触到电池和电化学。
1970年代,美国受到阿拉伯国家石油禁运的影响,能源危机日益严重。古迪纳夫感受到了石油危机的影响,希望为替代能源发展做出贡献,并因此进入了能源研究领域。离开麻省理工学院后,他于1976年至1986年进入牛津大学任教,兼任无机化学实验室主任。在此期间,他开发出了锂离子可充电电池的首选阴极材料钴酸锂,从而解决了早期锂电池容易产生枝晶导致爆炸的问题。
因为牛津大学有65岁强制退休的规定,古迪纳夫在64岁离开牛津大学,加入美国得克萨斯大学奥斯汀分校,在机械工程和材料科学任教,继续从事科研工作至今。
97岁每天都去实验室,重点研究固态电池
值得一提的是,现年97岁高龄的古迪纳夫每天仍然在做实验。“据我所知,他每天都还在去实验室。他是个了不起的人,他对这一领域非常着迷。”诺贝尔化学委员会成员拉姆斯特伦(Olof Ramström)说道。
约翰⋅古迪纳夫2015年在实验室中
他正在研制一种真正能让电动汽车和内燃机汽车匹敌的“超级电池”,并希望这种电池可以经济地存储风能和太阳能。他的研究方向涉及电池科学领域里最难的问题之一:如何用纯锂或者钠制作电池阳极?
2017年2月,古迪纳夫公布了新一代电池技术:能量密度是当前锂电池3倍,且安全系数更高的全新固态电池。他表示,他和研究团队正在准备给这款新型固态电池申请专利,并计划与电池生产厂商合作,开发和测试为电动汽车和能源存储装置提供的新型电池。
2018年3月,他在自然子刊《Nature Electronics》上发表文章,回顾了可充电锂离子电池的发明历史,并对未来发展指明了道路。
目前,古迪纳夫仍在继续从事能源方面的研究。去年,他在接受外媒采访时表示,“我想解决汽车的问题。我想让汽车尾气从全世界的高速公路上消失。我希望我死之前能看到这一天。我今年96岁,还有时间。”
责任编辑:张静
校对:张艳
澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
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