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約翰·班尼斯特·古迪納夫

今年98歲高齡的“足夠好先生”——約翰·班尼斯特·古迪納夫(John Bannister Goodenough)，其實(shí)從54歲才開始研發(fā)電池。古迪納夫博士是鋰電池領(lǐng)域最大的功臣，三大鋰電池正極材料(鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰)都是他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)找出來的，其中鈷酸鋰誕生在1980年，使用石墨為陽極并解決了“鋰枝晶”現(xiàn)象。

足夠好先生的傳奇一生

30歲才剛剛摸著科研領(lǐng)域的大門，入了行。二戰(zhàn)結(jié)束后，足夠好先生覺得自己的人生又要重新開始了。于是他去報(bào)考了芝加哥大學(xué)物理系。入學(xué)時(shí)朋友對(duì)他說：“你去了能干什么，人家比你早十幾二十年就在做研究了”，足夠好先生堅(jiān)信自己可以，最終在30歲取得了芝加哥大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位。

54歲才開始鋰電池的研究;54歲的約翰到英國牛津大學(xué)任教。在這里工作十年。57歲時(shí)他研究出了鈷酸鋰，解決了早期鋰電池的爆炸問題，使鋰電池的擴(kuò)大運(yùn)用成為了可能。

64歲不肯退休開始新的挑戰(zhàn);他得知牛津大學(xué)的教授會(huì)在65歲被強(qiáng)制退休，為了不退休，他在64歲時(shí)跑路，去到得克薩斯州繼續(xù)研究。

75歲又一次為全人類做了貢獻(xiàn);他提出碳酸鐵鋰材料，這種材料比之前的更便宜，也完全無毒。而這項(xiàng)研究成為了電動(dòng)汽車時(shí)代的重要基礎(chǔ)。

90歲再次挑戰(zhàn)：90歲高齡的足夠好先生又開始研究固態(tài)電池。當(dāng)人們質(zhì)疑他的身體時(shí)，他說：“我只有90歲，有的是時(shí)間。”

97歲成為最高齡的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。

足夠好先生 × 索尼 = 宇宙最強(qiáng)大腦

古迪納夫的研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)4年的研究，終于發(fā)現(xiàn)了一種名為鈷酸鋰的新材料。

鈷酸鋰為一種層狀材料，兩個(gè)由鈷和氧原子緊密結(jié)合形成的正八面體“平板”，可以把鋰原子層鑲嵌在其中。這樣的一種特殊結(jié)構(gòu)，可以使得鋰原子在鈷酸鋰晶體中快速地移動(dòng)。是一種安全系數(shù)很高的電極材料，并且還可以提高電池的使用電壓，從而可以提升電池的儲(chǔ)電量。

鈷酸鋰晶體結(jié)構(gòu)(白色圓球表示鋰原子，紅色圓球表示氧原子，藍(lán)色圓球表示鈷原子)

因?yàn)殁捤徜嚪桨高^于前沿，在當(dāng)年堪稱癡人說夢(mèng)(連古迪納夫博士的母校牛津大學(xué)都不理他了)。這世界只有瘋子會(huì)欣賞瘋子，而這個(gè)投錢的“瘋子”是日本索尼。索尼找出了第一種可量產(chǎn)化的鋰離子電池方案，并在1991年將其投入市場(chǎng)。

不接受反駁，因?yàn)楫?dāng)今遍布全球各產(chǎn)業(yè)的鋰離子電池運(yùn)用就是從這里開始的，而在鋰離子電池之前，沒有任何一款電池可以同時(shí)做到：1、工作電壓高2、體積小重量低3、無記憶效應(yīng)4、自放電少5、能量密度高6、循環(huán)壽命較長(zhǎng)。

后來，他還發(fā)現(xiàn)了磷酸鐵鋰電極新材料，在低成本和穩(wěn)定性方面具有更大的優(yōu)勢(shì)。

可以說，古迪納夫博士的鋰離子電池技術(shù)塑造了現(xiàn)代人的生活方式。

邁克爾·斯坦利·惠廷漢姆

邁克爾·斯坦利·惠廷漢姆(Michael Stanley Whittingham)從第一次石油危機(jī)(20世紀(jì)70年代)開始投入電池科技研發(fā)，他指明了“鋰嵌入”技術(shù)路線，提升了充放電反應(yīng)的可逆性，提升了安全性，是給我們帶來宅家福利的“鋰電之父”。

1941年出生于英國諾丁漢，英國化學(xué)家，鋰離子電池發(fā)明者，紐約州立大學(xué)旗下賓漢頓大學(xué)材料研究所和材料科學(xué)與工程項(xiàng)目研究所主管。

石油危機(jī)引發(fā)的新能源開發(fā)項(xiàng)目

惠廷漢姆與鋰電的緣分要從20世紀(jì)70年代的石油危機(jī)說起。接連石油短缺，對(duì)包括美國在內(nèi)的發(fā)達(dá)國家造成嚴(yán)重影響。當(dāng)時(shí)的輿論流行著一種論調(diào)：一旦石油用光了，人類該怎么辦?

1972年，美國著名的石油公司?？松?如今的埃克森美孚)做了一個(gè)決定，那就是挑選最頂尖的人才，來開發(fā)代替化石燃料的新能源及其存儲(chǔ)方式。其中一人就是剛從斯坦福大學(xué)畢業(yè)的惠廷漢姆。

惠廷漢姆1967年從英國牛津大學(xué)博士畢業(yè)后，來到斯坦福攻讀博士后。他師從固態(tài)電化學(xué)領(lǐng)域的專家羅伯特·希金斯，但他所屬的部門卻是材料學(xué)。當(dāng)時(shí)在歐洲，固態(tài)化學(xué)是一個(gè)重點(diǎn)研究方向，但在美國，這方面的專家掰著手指頭也能數(shù)得出來。

1971年，他發(fā)表了一篇固態(tài)快離子傳輸?shù)恼撐?，贏得了電化學(xué)學(xué)會(huì)青年作者獎(jiǎng)。這篇論文讓他獲得了埃克森石油公司的青睞。

奠定了“鋰離子電池”的基礎(chǔ)

當(dāng)時(shí)，惠廷漢姆已經(jīng)拿到了在康奈爾大學(xué)執(zhí)教的工作，但?？松緸樗_出的條件，大概是個(gè)科學(xué)家都不會(huì)拒絕。“你實(shí)驗(yàn)想要什么就能拿到什么，一周之內(nèi)保證送到;錢根本不是問題。”惠廷漢姆說，?？松鞠裢顿Y石油鉆探一樣投資他的實(shí)驗(yàn)室。公司對(duì)他的期待是，五個(gè)點(diǎn)子里只要有一個(gè)能有回報(bào)即可。

惠廷漢姆加入埃克森美孚研究小組，開始研究鉭二硫化物。他們發(fā)現(xiàn)，通過在二硫化鉭片之間嵌入不同的原子或分子，它們可以改變超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。鉀化合物顯示出最高的超導(dǎo)性。他意識(shí)到這種化合物非常穩(wěn)定，不像鉀金屬，因此反應(yīng)必須耗費(fèi)大量能量。

這表明這種嵌入反應(yīng)可能用于電能存儲(chǔ)?；萃h姆：我們研究了鋰和鈉，而不是鉀，因?yàn)槭聦?shí)證明鉀是非常危險(xiǎn)的。我們還研究了二硫化鈦，因?yàn)樗鼈兊闹亓勘茹g輕，而且是良好的電子導(dǎo)體。

當(dāng)時(shí)有家日本公司生產(chǎn)了氟化碳電池，用于魚漂上，晚上釣魚好看得見 ，這是一次性原電池，這是鋰電池的興趣開始 。

惠廷漢姆在多種金屬中尋找超導(dǎo)體，最終選中了二硫化鈦，在鋰離子電池中開發(fā)出了一種創(chuàng)新的陰極。從分子水平來說，它具有可能容納、嵌入鋰離子的空間。于是，在1972年年末，?？松揪烷_發(fā)出了鋰離子電池原型“45Ah”，并在次年拿到了專利。

1988年惠廷漢姆加入紐約州立大學(xué)賓漢姆頓校區(qū)，擔(dān)任化學(xué)教授，開辦材料化學(xué)學(xué)術(shù)課程。

當(dāng)時(shí)日本的一些公司，特別是索尼，在鋰可充電電池的商業(yè)化方面取得了很大進(jìn)展，當(dāng)惠廷漢姆重返電池研究領(lǐng)域時(shí)，日本的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)正在成為主導(dǎo)，體現(xiàn)在大量專利中。

惠廷漢姆小組在新材料的水熱合成方面做出了巨大的努力，最初是釩化合物，然后使用這種技術(shù)制造陰極材料，目前正在蒙特利爾的Phostech / Sud-Chimie商業(yè)上用于制造磷酸鐵鋰，該小組還對(duì)橄欖石陰極和新的錫基陽極有了基本的了解。

他于2007年共同主持了美國能源部的化學(xué)能源儲(chǔ)存研究，現(xiàn)任斯托尼布魯克大學(xué)能源前沿研究中心東北化學(xué)能源儲(chǔ)存中心主任。該中心的目標(biāo)是對(duì)鋰電池中的電極反應(yīng)進(jìn)行基本了解。沒有這樣的理解，永遠(yuǎn)不會(huì) 滿足能量?jī)?chǔ)存的最終限制。該中心包括來自全國各地的頂尖科學(xué)家，包括麻省理工學(xué)院，劍橋大學(xué)，伯克 利大學(xué)和密歇根大學(xué)。

作為鋰離子電池之父，Whittingham于2004年獲得電化學(xué)學(xué)會(huì)電池研究獎(jiǎng)，并因其對(duì)鋰電池科學(xué)與技術(shù)的 貢獻(xiàn)而于2006年當(dāng)選為研究員。2010年，他被授予美國化學(xué)學(xué)會(huì) - 化學(xué)科學(xué)成就NERM獎(jiǎng)，以及 GreentechMedia前40名創(chuàng)新者，為推動(dòng)綠色技術(shù)做出貢獻(xiàn)。2012年，他獲得了國際電池協(xié)會(huì)頒發(fā)的 Yeager獎(jiǎng)，以表彰他對(duì)鋰電池的終生貢獻(xiàn)。2015年，他因電池壽命貢獻(xiàn)而獲得NAAbatt獎(jiǎng)。2019年，獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

吉野彰

吉野彰(Akira Yoshino)也是神人一位，吉野教授在1983年開發(fā)出鋰離子電池原型，最終確立了現(xiàn)代鋰離子電池基本框架的。這位日本老頭子喜歡去風(fēng)俗店，在二十多年前就跟媽媽?？湎潞？谡f他會(huì)拿到諾貝爾獎(jiǎng)的。

都說“男人的嘴，騙鬼的人”，然而他真的拿到了諾獎(jiǎng)……

考古與化學(xué)的轉(zhuǎn)化

吉野彰出生于日本大阪府吹田市，在府立北野高中就讀時(shí)曾協(xié)助遺跡發(fā)掘，考入京都大學(xué)后也加入了考古學(xué)研究會(huì)。

吉野彰還參與了已成為史跡公園的京都市樫原廢寺的發(fā)掘工作，他撰寫的發(fā)掘調(diào)查報(bào)告已被收藏于日本國會(huì)圖書館。

小學(xué)四年級(jí)時(shí)，班主任為他推薦了英國化學(xué)家法拉第所著的《蠟燭的故事》。吉野彰開始好奇“蠟燭為什么會(huì)燃燒?為什么火焰是黃色的?”書上的這些問題，讓還是孩子的吉野彰內(nèi)心感到化學(xué)非常有趣，并喜歡上化學(xué)。

因?yàn)橄矚g化學(xué)，吉野彰經(jīng)常利用身邊的材料做實(shí)驗(yàn)，比如曾把清洗廁所的鹽酸潑在撿來的鐵塊上，看到產(chǎn)生很多白色的泡沫，感覺很有意思。

確立了現(xiàn)代鋰離子電池基本框架

后來進(jìn)入旭化成公司工作，他的早期任務(wù)并非開發(fā)新型電池，而是研究另一位日本化學(xué)家白川英樹開發(fā)的導(dǎo)電性高分子聚合物聚乙炔的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

在同一時(shí)期，鋰電池研究也走上發(fā)展的軌道?；萃h姆在1970年代發(fā)現(xiàn)了鋰離子電池的基本原理。基于這一發(fā)現(xiàn)，古迪納夫致力于鋰電池正極的開發(fā)，并于1980年代發(fā)布了鈷酸鋰的相關(guān)研究成果。在研究的過程中，吉野彰也感覺手頭的一些成果“好像可以用于電池的負(fù)極材料”。之后，他開始尋找與之配對(duì)的正極材料，并應(yīng)用了古迪納夫的研究成果。

但是聚乙炔與鈷酸鋰相配合制作的電池很難實(shí)現(xiàn)小型化。吉野為此改變了方針，決定將碳材料用于負(fù)極，在旭化成公司內(nèi)部也剛好有不錯(cuò)的材料。由此，鋰電池的原型正式確立，吉野彰在1985年取得了有關(guān)專利。

1991年，吉野彰與古迪納夫合作發(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。兩人也因此結(jié)下了深厚友誼。此后，吉野彰每年都會(huì)去美國拜訪古迪納夫?；仡櫄v史，吉野彰說：“電池技術(shù)是復(fù)雜又困難的學(xué)科交叉領(lǐng)域，它的發(fā)展需要多方面的專家。在我看來，鋰離子電池是集體智慧的成果。”

吉野彰在日本接受媒體采訪時(shí)表示，與古迪納夫相比，自己還算是個(gè)孩子。在兩人的長(zhǎng)期合作中，“他就像對(duì)待自己的兒子一樣，很好地照顧我”。此外，吉野彰也稱贊古迪納夫近百歲高齡仍然堅(jiān)持科研。

三位的出生年份分別是1922年、1941年、1948年，無論是古稀老人還是期頤老人，都沒有停下科研的步伐，足夠好先生曾說說：“我只有九十幾歲，有的是時(shí)間。”以后還會(huì)有怎樣的新發(fā)現(xiàn)?

三位鋰電前輩為現(xiàn)在鋰電行業(yè)的發(fā)展打下了基礎(chǔ)，現(xiàn)在的研究都是站在了巨人的肩膀上，在未來鋰電會(huì)有怎樣的發(fā)展?走向如何?我們翹首以待。