電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
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鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
10月9日下午，瑞典皇家科學院宣布將2019年度諾貝爾化學獎授予約翰·古迪納夫（JohnB．Goodenough）、M·斯坦利·惠廷漢（M．StanleyWhittingham）和吉野彰，以表彰他們在鋰電池研究范疇的成績。
諾貝爾獎官網的一篇文章將3人形容為“他們創造了一個可充電的世界”。三位科學家將共享900萬瑞典克朗（約合人民幣650萬元）的獎金。
現年97歲的古迪納夫，經常被稱作“鋰離子電池之父”，多年來被視為諾貝爾獎的有力競爭者。如今，他已超過去年獲得物理學獎的阿瑟·阿什金（時年96歲），成為獲獎時年齡最大的諾貝爾獎得主。
在獲獎的3人中，古迪納夫作為這一范疇的最大貢獻者，其人生也洋溢了傳奇色彩。
1922年7月25日，古迪納夫出生在書香門第，父親是耶魯教授，兄弟姐妹也都在學術圈工作。不幸的是父母關系惡劣，殃及池魚，12歲的古迪納夫被“拋棄”，被送去讀寄宿學校。因此古迪納夫和父母關系非常冷淡，幾乎從來不提他們。他在中學仿佛也并不好好讀書，不過最終還是去了耶魯念數學，卒業成就優異。
1941年12月7日，珍珠港事件爆發，古迪納夫主動申請服役，直到三年后，才回到耶魯大學持續完成了他的本科學業。卒業之后，他持續遠赴歐洲戰場參加第二次世界大戰，以氣象師的身份在美國陸軍航空部隊服役，傳言還參加過諾曼底登陸。
戰后，古迪納夫作為一名陸軍上尉駐扎在葡萄牙。這個時候幸運之神敲門，一份電報過來，讓他48小時之內回到華盛頓報道。原來政府有一筆沒花完的錢，要用來送21名軍人去念研究生，一個耶魯教授推薦了他。于是，古迪納夫來到芝加哥大學念物理，雖然他本科壓根就沒有修過科學課程。那一年他24歲。
芝加哥大學物理系那個年代高人滿座，大師云集，包括費米和泰勒，當然還有跟著泰勒念博士的楊振寧。年輕的古迪納夫上課的時候，一個教授問他，我真不了解你來干嘛！但凡在物理上做出點什么名堂的人，在你這把年紀早就已經做出來了。
不過古迪納夫好歹還是從芝加哥大學物理博士卒業了，之后去了林肯試驗室，在美國空軍資助下研究防空系統所用到的存儲元件。這期間他發現了磁性材料中所謂的古迪納夫－Kanamori準則，描述原子間自旋的相互作用。
到了六七十年代，石油危機引發廣泛關注，古迪納夫開始將留意力轉向能源存儲。可是能源范疇的研究屬于美國能源部的領域，和空軍無關，老爺子也碰到了經費問題。幸運之神這時再次敲門，牛津大學要在無機化學方向找個教授，古迪納夫被選中了，雖然他只修過兩門大學本科化學課。
到了牛津，古迪納夫因嚴厲而聲名遠揚。他教的一門物理課第一堂來了165個學生，教室里面水泄不通。等到第二堂的時候，只回來了8個學生，大家都被他嚇跑了。
古迪納夫在牛津大學工作期間，美國科學家惠廷漢發現了一種能量極其豐富的材料，他用這種材料在鋰離子電池中創造了一種新型的正極——由二硫化鈦制成，負極則由金屬鋰制成。這種電壓惟有兩伏多一點的鋰離子電池雖然具有巨大的潛力，但是電池極易爆炸。
由于在林肯試驗室工作期間，古迪納夫接觸到了一些能源材料，研究了鋰離子的移動。又趕上美國受到阿拉伯國家石油禁運的影響，能源問題日益突出，古迪納夫遂投身鋰離子電池的研究。
他認為用金屬氧化物做陰極，可以處理二硫化鈦的問題，而且電壓更高，能量密度更大。
在牛津，古迪納夫找了兩博士后，搜尋適宜的金屬氧化物，能嵌入析出更多的鋰離子而保持結構穩定。1980年，他們找到了奇妙的層狀氧化鈷鋰，發明了鋰離子電池中最緊要的部件，鈷氧化物陰極，今朝全世界的便攜電子設備都采用這種陰極。這一年，老爺子已經58歲，真可謂大器晚成。當然他在此之前，已經在磁性材料范疇做出了杰出貢獻。
在古迪納夫發現鈷酸鋰適合作為陰極材料，已降低已存鋰電池（由金屬鋰做陰極材料）的安全隱患后，致力于研究陽極材料的日本教授吉野彰采用了這一發現，先是以聚乙炔后以碳基材料為陽極，在電池中消除金屬鋰，使用含鋰化合物，確立了現代鋰電池的基本框架。
1991年，索尼基于古迪納夫等人的研究推出了世界第一個商用鋰離子電池，最初是用于相機，慢慢就無所不在了。不過當初誰也沒有預料到鋰離子電池有如此大的造化，牛津大學拒絕為此申請專利，想必腸子都悔青了，老爺子在這里面沒有撈到半點經濟實惠。
不過老爺子的使命尚未結束。自他發現氧化鈷鋰后，又先后發現了錳基尖晶石和磷酸鐵鋰。30多年過去了，鋰離子電池驅動的電動車還是難以與內燃機車競爭，可再生能源的電池存儲也面臨巨大的挑戰，他希望研發出更好的更高級的電池。
“據我所知，他每天都還在去試驗室。他是個了不起的人，他對這一范疇非常著迷。”諾貝爾化學委員會成員拉姆斯特倫（OlofRamstrm）說道。現年97歲高齡的古迪納夫，每天依然在做試驗。
他正在研制一種真正能讓電動車和內燃機汽車匹敵的“超級電池”，并希望這種電池可以經濟地存儲風能和太陽能。他的研究方向涉及電池科學范疇里最難的問題之一：要怎么樣用純鋰或者鈉制作電池陽極？
2017年2月，古迪納夫公布了新一代電池技術：能量密度是當前鋰離子電池3倍，且安全系數更高的全新固態電池。他表示，他和研究團隊正在準備給這款新型固態電池申請專利，并計劃與電池加工廠商合作，開發和探測為電動車和能源存儲裝置提供的新型電池。
目前，古迪納夫仍在持續從事能源方面的研究。去年，他在接受外媒采訪時表示，“我想處理汽車的問題。我想讓汽車尾氣從全世界的高速公路上消失。我希望我死之前能看到這一天。我今年96歲，還有時間。”
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