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突發(fā)!鋰電之父去世,參加過二戰(zhàn),97歲獲諾貝爾獎

2023-06-27 05:57:59 來源:愛卡汽車網(wǎng)

車東西(公眾號:chedongxi)


(資料圖片)

作者 | 小崔

編輯 | Juice

沉痛悼念!發(fā)明了鋰電池的百歲老人約翰·班尼斯特·古迪納夫教授(Prof. John Bannister Goodenough)在美去世。

約翰·班尼斯特·古迪納夫教授

車東西6月26日消息,據(jù)古迪納夫教授的學(xué)生尼古拉斯·格倫迪什(Nicholas Grundish)證實(shí),古迪納夫教授剛剛?cè)ナ溃嚯x101歲只差1個月。

古迪納夫教授生平最大的貢獻(xiàn)便是開發(fā)了鋰離子可充電電池,為表彰他的功績,瑞典皇家科學(xué)院宣布將2019年諾貝爾化學(xué)獎授予他和另外兩位學(xué)者。

獲獎時,古迪納夫教授已經(jīng)是97歲高齡,因此也成為諾貝爾獎歷代得主中年紀(jì)最大的一位。在獲得了諾貝爾獎之后,古迪納夫也仍然奮斗在研發(fā)一線,致力于固態(tài)電池的開發(fā)。

這也足以看到老爺子對于科學(xué)的熱愛,將畢生都貢獻(xiàn)給了科學(xué)。

古迪納夫教授為人類社會發(fā)展作出的貢獻(xiàn)同樣不可忽視,先后發(fā)現(xiàn)了鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰正極材料。

可以說,沒有他就沒有鋰電池,也就沒有之后的手機(jī)和電腦,更沒有如今蓬勃發(fā)展的電動汽車。

而目前新能源汽車行業(yè)的發(fā)展仍在繼續(xù),古迪納夫教授雖然離開了,其留下的火種仍然將會繼續(xù)燃燒。

一、鋰電池之父去世 97歲獲諾獎

據(jù)外媒Business line報道,鋰電池之父、2019年諾貝爾化學(xué)獎得主古迪納夫教授剛剛?cè)ナ溃嚯x101歲只差1個月。

目前,古迪納夫教授的去世消息已被他的學(xué)生尼古拉斯·格倫迪什(Nicholas Grundish)證實(shí)。

古迪納夫教授生平最大的貢獻(xiàn)便是開發(fā)了鋰離子可充電電池,同時還發(fā)現(xiàn)了用于確定超交換(superexchange)材料磁性符號的古迪納夫—金森法則,因此被廣泛稱為鋰電池之父。

2019年10月9日,瑞典皇家科學(xué)院宣布將2019年諾貝爾化學(xué)獎授予約翰·班尼斯特·古迪納夫教授(Prof. John Bannister Goodenough)、斯坦利·威廷漢(M. Stanley Whittingham) 和吉野彰(Akira Yoshino)三人,以表彰他們在開發(fā)鋰離子電池方面作出的杰出貢獻(xiàn)。

古迪納夫獲得2019年諾貝爾化學(xué)獎

而在三位獲獎的科學(xué)家中,最引人矚目的就是被稱為“鋰電池之父”的古迪納夫??梢哉f,沒有他就沒有鋰電池,也就沒有之后的手機(jī)和電腦,更沒有如今蓬勃發(fā)展的電動汽車。

有意思的是,1901至2022年間,諾貝爾化學(xué)獎共頒布了114次,共有190位諾貝爾化學(xué)獎獲得者,在這190位獲獎?wù)咧校诺霞{夫是獲獎年齡最高的記錄保持者。

鋰電池基于鋰離子在陽極和陰極之間流動來產(chǎn)生電流,時任紐約州立大學(xué)賓漢姆頓分校教授的威廷漢曾將二硫化鈦用鋰電池陰極材料,該材料在分子水平上具有可以容納(嵌入)鋰離子的空間。

而時任美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校教授的古迪納夫則預(yù)測,如果使用金屬氧化物而不是金屬硫化物作為陰極材料,那么鋰電池將具有更大的潛力。他在1980年證明了嵌入鋰離子的氧化鈷可以產(chǎn)生多達(dá)4伏的電壓,由此為制造更強(qiáng)大的電池奠定了技術(shù)基礎(chǔ),成為鋰電池歷史上的重大技術(shù)突破。

1985年,日本化學(xué)家、現(xiàn)任名城大學(xué)教授吉野彰在古迪納夫鋰電池陰極的基礎(chǔ)上,推出了首個可商用的鋰離子電池,此外,在陽極材料方面吉野彰沒有使用反應(yīng)性鋰,而是采用了石油焦炭作為材料。

如果用學(xué)術(shù)化的方式來講,那就是古迪納夫開發(fā)了鋰離子可充電電池。

古迪納夫的電池

正是因?yàn)楣诺霞{夫在鋰電池領(lǐng)域的這種貢獻(xiàn),古迪納夫也被選為美國國家工程院、美國國家科學(xué)院、法國科學(xué)院、西班牙皇家學(xué)會和英國皇家學(xué)會院士,在學(xué)術(shù)界聲名顯赫。

2013年2月,奧巴馬在白宮向約翰·古迪納夫頒發(fā)國家科學(xué)獎?wù)隆?/p>

值得注意的是,古迪納夫彼時雖然已經(jīng)是97歲高齡,但仍然活躍在學(xué)術(shù)一線,他每天都會去自己所在的美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校實(shí)驗(yàn)室工作,當(dāng)時還在致力于研究電池領(lǐng)域最前沿的固態(tài)電池技術(shù),并且希望徹底改變電動汽車的使用前景。

2017年夏天,古迪納夫就與幾位專家一道在《能源與環(huán)境科學(xué)》期刊上發(fā)布論文,宣布其已經(jīng)研發(fā)出了具備高能量密度、快速充電和長壽命的全固態(tài)電池原型。

古迪納夫團(tuán)隊(duì)表示,這一固態(tài)電池的能量密度至少是傳統(tǒng)鋰電池能量密度的三倍,同時還具備充放電壽命長、充電速度快的特性。按照德州大學(xué)奧斯汀分校官網(wǎng)的說法,其充電速度是按照分鐘而不是傳統(tǒng)鋰電池的小時來計算。

德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校官網(wǎng)報道宣布古迪納夫團(tuán)隊(duì)研發(fā)出全固態(tài)電解質(zhì)鋰電池

據(jù)了解,傳統(tǒng)鋰電池陰極和陽極之間使用的是液態(tài)電解質(zhì),鋰離子在其中穿梭以存儲或釋放電量。如果電池充電過快,電池中會形成枝晶(金屬晶須),穿過電解質(zhì)造成短路,進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)或者爆炸。

在研究中,古迪納夫團(tuán)隊(duì)用一種玻璃電解質(zhì)代替了傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)。這種電解質(zhì)可以使用堿金屬作為電極,并且不會出現(xiàn)枝晶的情況。

正是有了堿金屬作為電極(傳統(tǒng)電池?zé)o法使用),不僅提升了固態(tài)電池陰極的能量密度,還將其充放電壽命延長到了1200多次。

更重要的是,由于這個玻璃電解質(zhì)在零下20度的環(huán)境下仍然具有較高的導(dǎo)電性能,因此搭載這一電解質(zhì)的固態(tài)電池可以讓電動汽車在零度以下的環(huán)境下仍然能正常工作,最低可達(dá)零下60度。

而搭載普通液態(tài)電解質(zhì)的鋰電池,在極低溫環(huán)境下,充放電性能會大幅縮減。要想保持良好的性能,必須使用額外的液態(tài)溫度控制系統(tǒng)對其進(jìn)行加熱。

需要指出的是,古迪納夫尤其重視該技術(shù)在電動汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。在發(fā)表論文時他明確講道,“成本、安全性、能量密度、充放電速率、循環(huán)壽命等參數(shù),對于電動汽車的普及至關(guān)重要。我相信我們的發(fā)現(xiàn),將解決現(xiàn)有電池的很多問題?!?/p>

二、大器晚成 力促電池技術(shù)發(fā)展

1922年7月25日,約翰·古迪納夫出生于德國耶拿,他的父母是美國人。約翰出生時,他的父親正在哈佛神學(xué)院攻讀博士學(xué)位,后來成為耶魯大學(xué)宗教史教授。約翰的哥哥,已故的Ward Goodenough,是賓夕法尼亞大學(xué)的人類學(xué)家。此外,他還有一個同父異母的妹妹Ursula Goodenough,她是圣路易斯華盛頓大學(xué)生物學(xué)榮譽(yù)退休教授。

值得關(guān)注的是,古迪納夫的童年生活并不愉快,由于他的父母經(jīng)常吵架,兩人幾乎沒有照顧他。而約翰在學(xué)校里還患有誦讀困難癥,這使得他很難理解課程,也很難跟上教堂的節(jié)奏。不過,他對于探索樹林和動植物很感興趣。最終,他克服了自己的殘疾,進(jìn)入了耶魯大學(xué),并以優(yōu)異的成績通過了數(shù)學(xué)考試。

1940年,古迪納夫從馬薩諸塞州格羅頓的寄宿高中畢業(yè)。有意思的是,剛上大學(xué)時,約翰的專業(yè)是古典文學(xué),屬于純文科專業(yè),隨后他對哲學(xué)產(chǎn)生了興趣,于是轉(zhuǎn)到哲學(xué)專業(yè),為了湊學(xué)分,他選修了兩門化學(xué)課程,后來,他遇到數(shù)學(xué)教授邁爾斯,認(rèn)為他非常適合學(xué)習(xí)數(shù)學(xué),約翰于是轉(zhuǎn)向了數(shù)學(xué)的“懷抱”,1944年,22歲的古迪納夫在耶魯大學(xué)獲得數(shù)學(xué)系學(xué)士學(xué)位。

年輕時的古迪納夫

在第二次世界大戰(zhàn)中,古迪納夫作為氣象兵在美國陸軍服役,二戰(zhàn)之后,古迪納夫前往芝加哥大學(xué)完成了碩士學(xué)位。而就在古迪納夫讀研期間,他之前的本科老師還頗為嘲諷地告訴他,其他物理學(xué)家在他這個年齡已經(jīng)達(dá)到了他們的巔峰。

1952年,古迪納夫獲得物理學(xué)博士學(xué)位,他的博士生導(dǎo)師是物理學(xué)家Clarence Zener,博士期間,他與包括Enrico Fermi 和John A. Simpson在內(nèi)的物理學(xué)家一起工作和學(xué)習(xí)。在芝加哥時,他還認(rèn)識了歷史研究生艾琳·懷斯曼并與之結(jié)婚。

古迪納夫與妻子艾琳

學(xué)業(yè)結(jié)束后,古迪納夫在麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室擔(dān)任了24年的研究科學(xué)家和團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。在此期間,他是一個跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)的成員,負(fù)責(zé)開發(fā)隨機(jī)存取磁存儲器。他對RAM的研究使他在氧化物材料中發(fā)展了合作軌道排序的概念,也被稱為Jahn–Teller畸變,隨后他又發(fā)展了材料中磁超交換符號的規(guī)則,現(xiàn)在被稱為古迪納夫—金森法則。

1969年,47歲的古迪納夫首次接觸電化學(xué),并在牛津大學(xué)擔(dān)任無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任。在牛津大學(xué)的工作中,古迪納夫被認(rèn)為是對商業(yè)鋰離子充電電池開發(fā)至關(guān)重要的人物。

1976年,54歲的古迪納夫開始研究鋰離子電池,并在這里取得了突破性進(jìn)展。他采用金屬氧化物作為陰極材料,并證明了嵌入鋰離子的氧化鈷可以產(chǎn)生多達(dá)4伏的電壓,最終為制造更強(qiáng)大的電池奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

自1986年以來,古迪納夫一直擔(dān)任德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校科克雷爾工程學(xué)院機(jī)械工程和電氣工程系的教授。任職期間,他繼續(xù)研究離子導(dǎo)電固體和電化學(xué)器件。他希望繼續(xù)研究改進(jìn)電池材料來促進(jìn)電動汽車的發(fā)展,并幫助減少對化石燃料的依賴。

2017年2月28日,古迪納夫和他在得克薩斯大學(xué)的團(tuán)隊(duì)在《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志上發(fā)表了一篇關(guān)于玻璃電池的論文,這是一種低成本的全固態(tài)電池,不燃,循環(huán)壽命長,體積能量密度高,充放電速度快。該電池使用玻璃電解質(zhì),而不是液體電解質(zhì),可以在不形成枝晶的情況下使用堿金屬陽極。

然而,這篇論文遭到了電池研究界的廣泛質(zhì)疑,在幾項(xiàng)后續(xù)工作之后仍然存在爭議。這項(xiàng)工作被批評為缺乏全面的數(shù)據(jù),對所獲得的數(shù)據(jù)的虛假解釋,以及所提出的電池運(yùn)行機(jī)制將違反熱力學(xué)第一定律。

而在2020年4月,古迪納夫代表葡萄牙國家能源與地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室、葡萄牙波爾圖大學(xué)和得克薩斯大學(xué)為玻璃電池申請了專利。

結(jié)語:新能源行業(yè)的奠基人之一

對古迪納夫而言,科學(xué)便是他的全部生命。

即使在97歲高齡獲得諾貝爾獎之后,古迪納夫仍然希望能研發(fā)出高能量密度、高安全性的固態(tài)電池,從而解決人類潛在的能源危機(jī)。

他曾說:“我想在去世前解決這個問題,我才九十多歲,還有時間?!?/p>

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