Businessline媒體今日釋出消息稱：锂離子電池的共同發明者、2019年化學諾貝爾獎得主John Bannister Goodenough 去世。這距離他101歲生日僅有一個月。Goodenough 去世的消息得到了他的學生Nicholas Grundish的确認。
* 謹以此文沉痛悼念Goodenough
他，大學學文學，博士轉實體，54歲才開始研究锂電池，97歲獲諾獎！
2019年10月9日，瑞典皇家科學院宣布，将2019年諾貝爾化學獎授予約翰·B·Goodenough（John B. Goodenough），M·斯坦利·威廷漢（M. Stanley Whittingham）和吉野彰（Akira Yoshino），以獎勵他們在锂離子電池方面做出的卓越貢獻。
在三位獲獎者中，最引人矚目的無疑是有史以來年齡最大的諾獎得主—97歲高齡的Goodenough。此前，這個紀錄由96歲獲得2018年諾貝爾實體學獎的阿瑟·阿什金（Arthur Ashkin）保持。Goodenough目前是美國德克薩斯州大學奧斯汀分校機械工程和材料科學教授，是钴酸锂（LiCoO2）、錳酸锂（LiMn2O4）和磷酸鐵锂（LiFePO4）正極材料的發明人，被稱為“锂電池之父”。他在2009年獲得了費米獎，以及由英國皇家化學學會頒布、以他名字命名的“John B.Goodenough” 獎，并于2013年獲得奧巴馬親自授予的美國國家科學獎章。由于名字中“Goodenough”，他被中國的關注者親切地稱作“足夠好老爺子”。
Goodenough在辦公室
直到幾年前，即使90多歲的高齡，Goodenough仍然堅持在科研一線工作，為了紀念這位電池界的傳奇人物，來自福建師範大學陳育明教授、西南大學徐茂文教授、華中科技大學黃雲輝教授和德克薩斯州大學奧斯汀分校Arumugam Manthiram教授等人專門撰寫了題為“Creating a rechargeable world”的文章，發表在《Chem》上！
耶魯大學數學系畢業，47歲首次接觸電化學，54歲開始研究锂離子電池
Goodenough的人生曆程和科研成就
Goodenough于 1922 年 7 月 25 日出生于德國耶拿市。小時候，他患有嚴重的閱讀障礙，嚴重影響了他的學習，但他并沒有放棄克服自己的障礙，最終從馬薩諸塞州的一所私立寄宿學校（Groton School） 畢業。1940 年，Goodenough進入耶魯大學攻讀學士學位。但由于和家中關系不好，他的父親隻給了他35美元，而當時耶魯大學的學費一年是900美元。于是他靠獎學金和給有錢人家小孩當家教填補學費，再也沒問家裡要一分錢。大學期間，他先是學習古典文學，随後又轉而攻讀哲學，為了湊學分還多選修了兩門化學課。後來有數學教授認為他頗具天賦，又考慮到自己閱讀上的困難，他便轉修數學。1944年，他以優異的成績從耶魯大學數學系畢業。
随着二戰的爆發，Goodenough大學畢業後進入美國航空部隊工作，被派到太平洋一個海島上收集氣象資料。期間，他閱讀了阿爾弗雷德·諾斯·懷特海德的開創性著作《科學與現代世界》，該書分析了科學發現對不同曆史時期的影響。Goodenough在自傳中寫道，“我隻是覺得我應該做的是科學。盡管我還沒有一個清晰的規劃，但是我知道，如若我有機會，我會去學習實體。”
1946年，Goodenough被一封電報召回華盛頓，并進入芝加哥大學學習實體的機會。然而，在他入學時，他的決定受到質疑。因為在其他人看來，凡是在實體學上有過重大成就的人，在他這個年紀時就已經這樣做了。例如，愛因斯坦26歲提出相對論，玻爾28歲提出玻爾模型，愛迪生32歲點燃白熾燈。但Goodenough并沒有氣餒，堅信實體學是科學的基礎，并選擇在30歲繼續研究實體學。在攻讀博士學位期間，Goodenough師從美國著名應用實體學科學家Clarence Zener （齊納二極管的發明者）教授。他曾提到，齊納教授在第一次見面時就告訴他，“現在你有兩個問題，第一個問題是找到一個問題，第二個問題是把它解決掉。”現在看來，Goodenough兩點都做到了。他的主要博士研究被稱為“六方金屬晶體中密堆積偏差的理論”，為後續的實體研究奠定了堅實的理論基礎。
Goodenough分别于 1951 年和 1952 年在芝加哥大學獲得固态實體學碩士和博士學位。畢業後，Goodenough被推薦到麻省理工學院的林肯實驗室，在1952至1976年間從事固體磁性的相關研究。在那裡，Goodenough與 Junjiro Kanamori 合作制定了 Goodenough -Kanamori 規則，發現了材料中磁體交換的規律，為後來數字計算機的随機存取存儲器(RAM)的開發奠定了基礎。
1970年代，美國受到阿拉伯國家石油禁運的影響，能源危機日益嚴重。Goodenough感受到了石油危機的影響，希望為替代能源發展做出貢獻，并是以進入了能源研究領域。1967年，Goodenough應邀負責福特公司的鈉硫電池項目，這也是他首次接觸到電池和電化學。
由于在林肯實驗室的出色工作，1976年54歲的Goodenough受邀擔任牛津大學無機化學實驗室主任。此時，他才正式開始研究之後讓他獲得諾貝爾獎的锂電池方向。
先後發現钴酸锂、錳酸锂和磷酸鐵锂正極材料，當之無愧的“锂離子電池之父”
在锂電池發明之前，最初的可充電電池的電極中含有固體物質，當它們與電解液發生化學反應時會分解，進而毀壞電池。锂離子電池的基礎是在上世紀70年代的石油危機期間建立的。英籍化學家斯坦利⋅威廷漢（Stan Whittingham）起草了锂電池的初步設計方案，以硫化钛作為正極材料，金屬锂作為負極材料，制成了一個可以充放電的電池。所設計的電池顯示出高堿性電池的電壓為 2 V（1.5 V），它表現出更高的能量密度并在室溫下工作。但該電池的電化學反應使它容易爆炸，還會在反複的充放電過程中逐漸衰減。爆炸的主要原因是循環過程中形成的樹枝狀锂會刺穿兩個電極之間的隔膜，導緻電池内部短路，整個電池會劇烈升溫而爆炸。
Goodenough對如何解決電池安全問題進行了深入分析。得益于他在林肯實驗室多年從事氧化物研究的經驗，Goodenough認為已經含有锂的層狀金屬氧化物将是理想的陰極。確定電池電動勢的産生需要在電池内部保持一定量的離子運動。然而，Li+的過度提取會導緻電極材料層狀結構的崩潰，這是必須解決的問題。經過四年的研究，Goodenough和他的團隊首先提出了“用于存儲電池電極的固溶氧化物”，于1980 年開發出了锂離子可充電電池的首選陰極材料钴酸锂（LixCoO2）。這是一種比金屬锂更為溫和且能夠提升了電池儲存電量材料，可以可逆地釋放一半以上的 Li+ 離子。LixCoO2 是一種類似三明治的層狀結構，其中锂離子被 Co-O2 層形成的“面包片”夾在中間。所制成的電池顯示出大約 4 V 的高電壓，這一突破從根本上改變了可充電電池的設計原理。
钴酸锂、錳酸锂和磷酸鐵锂正極材料的晶體結構
在日本，同獲諾獎的吉野彰正在研究負極材料，他采用了Goodenough的這一發現，以石墨材料為負極，進而建立起現代锂離子電池的基本架構。 後來，索尼買下了這一專利，将钴酸锂與石墨結合，開發出了全新的可充電锂離子電池。一經問世，它受到市場熱烈歡迎，被應用到相機、電腦、手機中，Goodenough聲名大噪。
如今，锂離子電池市場價值350億美元，未來5年将增長到1000億美元，但因當初牛津大學拒絕為此申請專利，Goodenough一分錢也沒得到。
然而，钴酸锂雖然提高了安全性，但也有不足之處，一是它價格貴，産量不高，是重要的戰略資源，用來做電池成本太高；二是使用一段時間後，性能會衰減。因而，Goodenough繼續尋找新的實用的新型陰極材料。他們認為，三維尖晶石結構比層狀結構更利于锂離子的傳輸。1983年，61歲的Goodenough和他的研究小組又發現了另一種更為穩定和便宜的材料——錳酸锂。這種材料的氧化性遠低于钴酸锂，具有低價、穩定、優良導電導锂性能，即便出現短路的情況，也能避免燃燒爆炸的危險，安全性能大大提高。
由于牛津大學有65歲強制退休的規定，但Goodenough不甘心就這樣退休，頤養天年。于是，他加入了德克薩斯大學奧斯汀分校，成為該校機械工程和材料科學教授，繼續锂電池研究。
1989年，Goodenough和他的學生 Arumugam Manthiram探索了一系列含鐵聚陰離子氧化物陰極 Fe2(XO4)3，發現聚合物電解質有電磁感應效應，采用它的正極可産生更高電壓；1997年，他們發現磷酸鐵锂晶體結構更穩定、壽命更長、充電更快。雖然它的能量性能略低于 LiCoO2，但 LiFePO4 表現出一些典型的優越優勢，例如高穩定性，成本低，工作溫度範圍廣。如今，基于磷酸鐵锂的可充電電池廣泛應用于電動汽車、大型電網儲能系統、太陽能裝置等。這項發明催生了“可攜帶便攜電子裝置”的誕生。可以說，我們現在能用上的智能手機、平闆電腦、筆記本電腦，其中都有Goodenough的功勞。
Goodenough對電池的研究，保持着極大的熱情，“锂離子電池之父”當之無愧。
90歲高齡仍舊火力全開，把研究方向轉向全固态電池
在電池發展史上，锂枝晶問題從未得到根本解決，安全隐患依然存在。是以，在他 90 歲的時候，Goodenough認為世界需要一個“超級電池”，并預測最先進的固态锂金屬電池就是那個超級電池。當時，他的團隊已經開發出幾種技術來實作固态锂金屬電池的超低界面電阻。此外，Goodenough與 陳育明教授（當時在Goodenough組裡訪學）、Ziqang Wang 和 MIT李巨教授 合作确定了锂電鍍剝離機制，并提出了一種用于全固态锂金屬電池的 Coble-creep 引擎。此外，Goodenough及其團隊還對其他儲能裝置如液态鈉鉀電池和鈉離子電池等均做出了重要貢獻。
Goodenough是一位不朽的傳奇人物，70 年來緻力于跨學科的科學和工程方面研究，并培養了數百名學生和博士後。他是一個非常善良和鼓舞人心的人，經常說，“我們有些人就像烏龜，慢慢地走，一路掙紮，在站立的一年裡找不到出路。但是烏龜知道他必須繼續前進，讓我們一步一步來。”Goodenough也是一個很好的傾聽者，總是希望向别人學習。任何人都可以和他談論任何話題，他會用那響亮而快樂的笑聲來回應大家。他成為一名成功科學家的秘訣是認識到機會，可以自由選擇如何利用機會，享受辛勤工作，并認識到大多數問題都是通過與他人分享貢獻來解決的。
正如他所說，如果你活得夠久，你永遠不知道會發生什麼。也許他的下一個巨大突破将在不久的将來。
來源：高分子科學前沿、材料科學前沿
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