当你此刻能悠然地拿起手机,畅快刷着这条视频,你可知道,这背后有一位百岁老人居功至伟,得好好感谢他!今天要带大家走进约翰·古迪纳夫的传奇世界,这位荣获诺贝尔化学奖的大咖,对锂离子电池的发展有着不可磨灭的卓越贡献,咱们都亲切地称呼他为 “足够好先生”。
1922年,“好先生” 在德国的耶拿呱呱坠地,他的家庭堪称书香世家,父亲是哈佛大学的博士,哥哥是滨州大学的人类学家。令人意外的是,出生在这样优渥学术环境里的他,从小却饱受先天性读写困难症的困扰。
不过即便如此,他还是成功考入了耶鲁大学。在耶鲁的求学岁月中,他的学业轨迹格外引人注目,最初踏入古典文学系,随后转入哲学系,接着又投身到数学系的怀抱。
乍一看,还以为是个学习吃力、被专业反复调剂的 “学渣”,实则不然,他可是各科成绩都出类拔萃的学霸,优异到引得各系教授争着将他收入麾下。
1943年,“好先生”顺利斩获耶鲁大学的数学学士学位。大学毕业之后,他投身美国空军,以气象学家的身份开启了军旅生涯。在服兵役期间,一本《科学与现代世界》的书籍悄然点亮了他对物理的兴趣,让他顿觉物理世界妙趣横生。
于是30岁退役的他,毅然考入芝加哥大学攻读物理学硕士。凭借着过人的学术天赋,他刚读完硕士,就因成绩斐然,被校方直接授予博士学位,毕业后更是跻身麻省理工学院,成为林肯实验室的一名科学家。
在芝加哥大学以及麻省理工学院的这段时光里,他幸运地接触到锂离子在固体中的迁移现象,还开创性地制定了材料磁性超交换标志的规则,甚至无意间为计算机的发展添了一把助力之火。与此同时,他也涉足燃料电池和钠硫电池的研究领域,只不过彼时在锂离子电池方面,尚未取得重大突破。
锂电萌芽:锁定关键难题,开启攻坚之旅时间来到1976年,54岁的“好先生”远赴英国牛津大学任教,挑起了无机化学实验室负责人的重担。彼时,英国化学家斯坦利・惠廷厄姆发明了锂电池,还拿下了全球首个相关专利。
然而早期的锂电池有着致命缺陷,其正极材料选用的硫化钛化学性质极不稳定,不光耐用性差,充电时还犹如一颗随时可能引爆的炸弹,危险系数极高,这使得锂电池根本无法实现商用。
“好先生”敏锐洞察到问题关键,他坚信,若要让锂电池走向大众,必须采用更稳定的金属氧化物作为正极材料。历经长达4年的艰苦钻研,他最终慧眼识珠,锁定钴酸锂为理想的正极材料。
但故事到这儿还没完,巧事儿一桩接着一桩。同一年,在索尼工作的吉野彰惊喜发现,锂离子电池的负极材料可以选用石墨来替代。就这样,惠廷厄姆开创了锂离子电池的雏形,吉野彰找到了绝佳的负极材料,而“好先生”觅得了关键的正极材料,三人一拍即合,携手开发出可反复充电且性能相对稳定的钴酸锂电池。
鉴于他们对锂电池发展的突出功绩,在2019年,三人理所当然地共同捧起了诺贝尔化学奖的奖杯。
持续精进:直面短板,追求极致 “足够好”不过,钴酸锂电池在早期大规模投入使用后,短板也逐渐暴露。钴金属不仅价格高昂,循环性能欠佳,而且废弃后会给环境带来严重污染,简单来说,当时的锂电池虽说能用,但离 “完美” 还差得远。
咱们的主角“好先生”可是个执着追求极致的人,他满心期望锂电池能如同他的名字 “good enough” 那般,真正变得 “足够好”,于是,他从未停下探索的脚步,始终致力于寻找更优质的正极材料。为了躲开牛津大学的按规定退休,他毅然跳槽到美国德州大学,继续深耕能源材料领域。
功夫不负有心人,1997年,经过海量的实验,他发现了一种异常稳定的晶体结构——橄榄石结构,而拥有这一只结构的物质,正是如今大家耳熟能详的正极材料磷酸铁锂。磷酸铁锂优势显著,成本低廉、充放电能效出众、使用寿命长久、热稳定性强,它的横空出世,无疑将锂离子电池的发展向前猛推了一大步。
但美中不足的是,磷酸铁锂也并非十全十美,在反复充放电过程中,会产生锂枝晶,进而引发电池短路,甚至有爆炸风险。时至今日,锂电池的枝晶问题依旧是个棘手难题,尚未得到根本性解决,再加上锂电池的第电解液是易燃易爆炸的有机物混合液体,这也是为何在飞机等场所,对锂电池的带有着严格限制。
暮年之程:百岁不辍,志在攻克汽车能源难题好先生探索的脚步并未因困难重重而停歇。94岁高龄时,他凭借深厚的学术造诣和顽强的毅力,又创新性地研制出更为安全的固态电池,这无疑是电池领域的又一次重大革命性突破。
当然就目前而言,固态电池距离大规模商用还有一段路要走,但令人钦佩不已的是,如今已然100岁的“好先生”,知道生命最后一刻依旧全情投入到全固态电池的研究工作当中。
5年前,他在的采访时,目光坚定地说道:“我想解决汽车的问题,我想让汽车尾气从高速公路上消失,我希望在有生之年能够亲眼见证这一天。我今年96岁,我有时间,啥也别说了,开工!”
可惜他2023年6月25日去世,享年100岁。虽然约翰·古迪纳夫先生已去往天堂,但我衷心地希望,他的这种科研精神可以给我们每个人以启迪,也希望所有的科学家们都能将这样的精神传承下去。
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