97歲諾獎(jiǎng)得主的勵(lì)志人生：本科學(xué)文學(xué)，博士轉(zhuǎn)物理，54歲才開始鋰電池研究

郭一璞 乾明 發(fā)自 凹非寺

量子位 報(bào)道 | 公眾號 QbitAI

97歲，他還奮戰(zhàn)在科研一線。

John B. Goodenough，人稱“足夠好”老爺爺，剛剛加冕諾貝爾獎(jiǎng)。

10月9日，2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C向鋰電池領(lǐng)域。

Goodenough與M. Stanley Whittingham，以及日本科學(xué)家吉野彰（Akira Yoshino）共享了這一獎(jiǎng)項(xiàng)。

以表彰他們在鋰離子電池領(lǐng)域作出的貢獻(xiàn)。

諾貝爾評獎(jiǎng)委員會(huì)稱，三人的研究使鋰電池的使用方式更加穩(wěn)定，從而開啟了電子設(shè)備便攜化進(jìn)程，為打造一個(gè)無線互聯(lián)的社會(huì)奠定基礎(chǔ)。

引用果殼更科普化的解釋，如果沒有沒有他們，我們每天形影不離的手機(jī)就是個(gè)隨時(shí)可能點(diǎn)燃的炸藥包。

而且Goodenough今年加冕，也刷新諾貝爾獎(jiǎng)新紀(jì)錄——以97歲高齡，成為最年長的諾貝爾獎(jiǎng)得主。

在此之外，他還是美國國家工程院、美國國家科學(xué)院、法國科學(xué)院、西班牙皇家科學(xué)院、英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，撰寫了超過550篇文章、參與85本著作的編寫，是2009年費(fèi)米獎(jiǎng)得主、2017年威爾齊化學(xué)獎(jiǎng)得主，還獲得了英國皇家學(xué)會(huì)的科普利獎(jiǎng)?wù)隆?/p>

但這還不是Goodenough令人稱奇、敬佩的全部。

當(dāng)他獲獎(jiǎng)，外界關(guān)注他的履歷，才發(fā)現(xiàn)其充滿坎坷和跌宕的一生，簡直就是傳奇的一生、榜樣的一生，勵(lì)志的一生。

很難想象，這位鋰電池之父患有閱讀障礙癥，成長家庭并不和睦，大學(xué)歷經(jīng)二戰(zhàn)，30歲才拿下博士學(xué)位，年過半百才正式研究電池材料。

之后一路開掛，58歲發(fā)明鈷酸鋰電池改變世界，75歲以磷酸鐵鋰電池再度改變世界，90歲以后開始研究全固態(tài)電池。

至今如此高齡，依舊每周上班5天，仍舊有新研究成果問世。

如果你會(huì)有“現(xiàn)在做XX是不是太晚”的疑惑，一定要看看Goodenough這傳奇的一生。

如何成為鋰電池之父？

我們先從Goodenough如今成名作說起，看看他的科研之路。

Goodenough的博士本身讀的是固態(tài)物理，30歲從芝加哥大學(xué)博士畢業(yè)，之后去了MIT林肯實(shí)驗(yàn)室，研究內(nèi)存的材料物理和固態(tài)陶瓷。

24年之后，Goodenough進(jìn)行了人生第一次“跳槽”。

那年，牛津大學(xué)需要一位能教無機(jī)化學(xué)，同時(shí)也能管實(shí)驗(yàn)室的教授。

Goodenough雖然研究的是物理，但他本科的時(shí)候?yàn)榱藴悓W(xué)分學(xué)了兩門化學(xué)課，就因此意外的被選中了，進(jìn)入牛津大學(xué)任教，并成為無機(jī)化學(xué)研究負(fù)責(zé)人。

正是這一次跳槽，讓Goodenough終于在54歲的年紀(jì)開始了一項(xiàng)改變世界的研究。

Goodenough在牛津主要研究的課題是可用于能量轉(zhuǎn)換的新材料。當(dāng)時(shí)他初到英國，英國化學(xué)家、和他一起獲得諾獎(jiǎng)的Stanley Whittingham發(fā)明了最早的可充電鋰電池，借助鋰能嵌入二硫化鈦層間這一特性，用二硫化鈦?zhàn)稣龢O，用鋰做負(fù)極。

當(dāng)時(shí)的消費(fèi)電子產(chǎn)品只能使用不可充電的碳鋅電池，雖然已經(jīng)有了可充電的鉛酸電池，但畢竟用在電動(dòng)車上的鉛酸電池那么笨重，是沒法拿來做消費(fèi)電子產(chǎn)品的。

而Whittingham的這項(xiàng)研究，不僅可以靠鋰離子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行充電，還能用在小型設(shè)備上，并在室溫下運(yùn)行，解決了兩種電池的痛點(diǎn)。

但Whittingham的研究是沒法直接用的，因?yàn)橛幸粋€(gè)大bug：安全問題。

正極，二硫化鈦，在空氣中是非常不穩(wěn)定；

負(fù)極，鋰，這種金屬是易燃；

而且，在充放電過程中，鋰會(huì)快速沉積產(chǎn)生枝晶，這樣就容易讓電池短路，這也是現(xiàn)在電動(dòng)車自燃的元兇之一。

所以Whittingham發(fā)明的這種電池雖然原理可行，但容易爆炸，是個(gè)危險(xiǎn)品，完全沒法應(yīng)用，需要把正負(fù)極的材料都換掉才行。

這個(gè)時(shí)候，學(xué)了30年物理的Goodenough有了一個(gè)大膽的想法：把鋰換成氧化物吧。

他判斷，氧化物可以讓電池在更高的電壓下進(jìn)行充電和放電，根據(jù)物理學(xué)原理，這種電池會(huì)產(chǎn)生更多的電量，并且揮發(fā)性會(huì)更小。

于是他測試了各種氧化物，發(fā)現(xiàn)如果把鈷這種元素放進(jìn)去會(huì)比較穩(wěn)定。

終于，在Goodenough到達(dá)牛津的四年后的1980年，57歲的他和水島公一、Philip Jones、Philip Wiseman共同發(fā)現(xiàn)了鈷酸鋰這種物質(zhì)，讓W(xué)hittingham的鋰電池變得穩(wěn)定多了。

在他的實(shí)驗(yàn)室外面，英國皇家化學(xué)學(xué)會(huì)樹立了這塊藍(lán)色的牌子，紀(jì)念鈷酸鋰的發(fā)現(xiàn)。

不過，鈷酸鋰中的鋰和金屬鋰的化合價(jià)是不同的，鈷酸鋰在電池里是一種正極材料，為了湊成一塊電池，還需要找一種負(fù)極材料。

這個(gè)時(shí)候，日本的索尼出現(xiàn)了，他們發(fā)現(xiàn)了石墨可以拿來做負(fù)極材料。

然而在英國，因?yàn)榇饲鞍l(fā)生過爆炸事故，大家聞鋰電池色變，甚至Goodenough工作的牛津都不愿意幫忙申請專利，而是讓英國原子能研究機(jī)構(gòu)申請到了這個(gè)專利，后來被索尼買走。

于是，索尼成功接下了這個(gè)“燙手山芋”，并和自己研發(fā)的負(fù)極材料放在一起，創(chuàng)造了新的電池，并將之商業(yè)化，用在了各種各樣的電子產(chǎn)品中。

而Goodenough，甚至沒有從如今這價(jià)值350億美元的鋰電池市場中賺到錢。不過他本人后來在接受c&en采訪的時(shí)候反而很淡定：“我當(dāng)時(shí)并不知道它會(huì)值這么多錢?！?/p>

雖然在57歲才發(fā)現(xiàn)了讓他名聲大噪的鈷酸鋰，但Goodenough似乎就是一個(gè)耐久型選手，后來還發(fā)現(xiàn)了許多種電池材料：1983年，61歲的他發(fā)現(xiàn)錳尖晶石正極材料；1997年，75歲的他發(fā)現(xiàn)磷酸鐵鋰正極材料，這些都是電池正極的升級替代品。

甚至，為了持續(xù)做研究，他還打了牛津退休政策的擦邊球。

本來，牛津大學(xué)要求65歲強(qiáng)制退休的，但Goodenough不想退休，于是他在64歲的時(shí)候又跳槽了。

這次，他回到了美國，在德州大學(xué)奧斯汀分校當(dāng)機(jī)械工程和材料科學(xué)教授，繼續(xù)做研究。

閱讀障礙癥患者，文學(xué)少年讀物理PhD

Goodenough出生于1922年，這是一個(gè)科學(xué)蓬勃發(fā)展的時(shí)代。

在這一年，法國醫(yī)生卡雷爾發(fā)現(xiàn)白血球，加拿大科學(xué)家班廷制成人造胰島素。

波爾因關(guān)于原子結(jié)構(gòu)以及原子輻射的研究獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

之后，費(fèi)米、薛定諤等量子物理領(lǐng)域的大佬開始展露鋒芒。

兒時(shí)的Goodenough，雖然家就在耶魯附近，不過出生在了一個(gè)學(xué)文科的家庭，似乎離這些自然科學(xué)家們有些距離。

但數(shù)十年后，他也將成為他們中的一員。

當(dāng)時(shí)，擺在他面前的，是怎么克服自己的閱讀障礙癥。因?yàn)殚喿x障礙癥，在小學(xué)和中學(xué)時(shí)代，他受到了不少同學(xué)的戲弄。

但在求學(xué)過程中，他也慢慢從大自然，以及詩歌和宗教哲學(xué)中獲得了力量，贏得了學(xué)校的獎(jiǎng)學(xué)金。

1940年，18歲的Goodenough考入了耶魯大學(xué)。

對于他來說，這種對家庭的逃離讓他松了口氣，因?yàn)樗改戈P(guān)系并不好。

就在考入耶魯大學(xué)之前，他的父母離婚了。他父親（歷史教授）很快就與自己的研究助手成婚。

這個(gè)環(huán)境讓他頗感壓抑，而且他與自己父親的關(guān)系并不怎么好。

他去耶魯讀書的時(shí)候，只從家里拿到了35美元的資助，而耶魯?shù)膶W(xué)費(fèi)至少每年900美元。

好在他有獎(jiǎng)學(xué)金，校長還幫忙安排他去給有錢人家的孩子當(dāng)家教，靠著半工半讀養(yǎng)活自己，他再也沒問家里要一分錢。

用Goodenough的原話說，就是“每周工作21個(gè)小時(shí)掙自己的21頓飯?！?/p>

進(jìn)入耶魯之后，Goodenough還是遵循著自己的興趣，先是選了古典文學(xué)，后來轉(zhuǎn)到了哲學(xué)，期間還學(xué)習(xí)過化學(xué)。

之后，在一名教授的建議下選擇了數(shù)學(xué)專業(yè)，并堅(jiān)持了下去。

但這一路也頗為坎坷，就在讀大學(xué)的第二年，珍珠港事件爆發(fā)了。

Goodenough選擇了主動(dòng)申請服役，三年后才回到耶魯大學(xué)完成了學(xué)業(yè)。

畢業(yè)之后，他再度返回戰(zhàn)場，加入了美國空軍。

本打算和朋友一樣去報(bào)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)，中途被數(shù)學(xué)老師叫去說“不要當(dāng)大兵，我們需要懂?dāng)?shù)學(xué)的人做戰(zhàn)爭氣象預(yù)報(bào)”，于是沒有上前線，而是負(fù)責(zé)在一個(gè)太平洋的海島上收集數(shù)據(jù)。

1946年，Goodenough迎來了命運(yùn)的轉(zhuǎn)折。當(dāng)時(shí)，美國政府出資，選派軍人去深造，獲得了耶魯大學(xué)教授推薦的Goodenough就在其列，他可以選擇在芝加哥大學(xué)或西北大學(xué)學(xué)習(xí)物理或數(shù)學(xué)。

經(jīng)過重重考慮，他決定前往芝加哥大學(xué)攻讀物理學(xué)博士。

之前就想過考物理研究生，但被管學(xué)生注冊的人告知，物理學(xué)里所有厲害的東西，人家在你這個(gè)年紀(jì)都已經(jīng)搞完了，你現(xiàn)在才想著開始??？

最終，他還是考上了芝大物理系，當(dāng)時(shí)是恩里克·費(fèi)米在管，據(jù)說費(fèi)米一上來就給新生安排了一個(gè)32小時(shí)的超級大考試，每天8小時(shí)，連考4天。

第一次考掛了，于是又考了第二次才過，總計(jì)64小時(shí)。

其后師從著名物理學(xué)家齊納，他30歲時(shí)發(fā)明齊納二極管。

在芝加哥這幾年，他主要的研究固態(tài)物理學(xué)，并打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，對于自己人生方向也有了新的思考。

在他求學(xué)期間，齊納也給他提供了很大的幫助，他曾對Goodenough說：“你有兩個(gè)問題，第一個(gè)問題是找到問題，第二個(gè)問題是解決問題……”

這一理念，對Goodenough產(chǎn)生了很大的影響。

30歲獲得物理學(xué)博士學(xué)位之后，經(jīng)過在MIT的工作以及自身的理解，在牛津大學(xué)他選定了自己的方向——電池材料，并一直堅(jiān)持了下去。

還能再戰(zhàn)，不想退休等死

直到現(xiàn)在，他還在科研一線繼續(xù)解決“問題”。

去年，Goodenough接受媒體采訪時(shí)也談到了自己的問題，他說：

我想解決汽車的問題，我想讓汽車尾氣從全世界的高速公路上消失。我希望死前能看到這一天，我今年 96 歲，還有時(shí)間。

而且，解決問題并不僅僅只是靠口號。

Goodenough仍舊活躍在科研前線，就在最近，他和自己的團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了一種用于鈉離子電池的新型安全正極材料。

并仍舊有作品發(fā)表，比如這篇：

J.B. Goodenough, Personal journey into solid state chemistry, Journal of Solid State Chemistry 271 (2019) 387–392.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022459618305607

就在幾個(gè)月前，他還在采訪中說：

我不想退休等死，我想努力奮斗，我相信我們正在做的事情是非常重要的。

這些重要的事情有很多，比如他嘗試用自然界中存量更多的鈉代替鋰作為電池材料，以降低電池的成本。

再比如，如何用金屬鋰做正極，制造出更強(qiáng)大的電池。

還有電解質(zhì)方面，Goodenough也在嘗試用玻璃固態(tài)電解質(zhì)做出更安全的電池。

據(jù)說，“足夠好”老爺爺現(xiàn)在依舊精力充沛，有人在知乎上回答說，整個(gè)走廊都能聽到他爽朗的笑聲。

嗯，足夠好，還會(huì)更好。

參考鏈接：

https://cen.acs.org/people/profiles/Podcast-97-lithium-ion-battery/97/i35

https://www.guokr.com/article/442412/

https://mp.weixin.qq.com/s/XVqC0FBKXCYLnHZ6CjVyfw

https://en.wikipedia.org/wiki/John_B._Goodenough

http://story.kedo.gov.cn/c/2018-12-19/961042.shtml