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沒有他就沒有移動, 97歲二戰老兵終獲諾獎

文章來源:未知

作者:老鐵SEO

人氣:15

2019-10-10

  來源:知社學術圈

  知社學術圈斯德哥爾摩快訊,北京時間10月9日下午5點45分,瑞典皇家科學院宣布將2019年諾貝爾化學獎授予美國德州大學奧斯汀分校的 John B。 Goodenough教授,紐約州立大學Binghamton分校的 M。 Stanley Whittingham 教授,以及日本旭化成公司化學家 Akira Yoshino,以表彰其在鋰電池研究開發的卓越貢獻。97歲的二戰老兵Goodenough也成為史上最年長的諾獎得主。

  為什么是鋰電池?為什么是老爺子?有什么八卦?請看知社火線報道、獨家秘聞、以及學界美譽。

  2019年諾貝爾化學獎得主

  John B Goodenough,美國德州大學奧斯汀分校機械工程系教授,鋰電池之父,美國科學院和工程院兩院院士,曾獲2001年 Japan Prize,2009年 Fermi Award,2011年美國國家科學獎章 和2014年Charles Stark Draper Prize。老爺子出生于1922年7月25日,二戰老兵,本科畢業于耶魯大學數學系,芝加哥大學物理博士,楊振寧先生的同學。如今以97歲高齡,仍然堅持研究工作,尋找下一個超級電池。

  M。 Stanley Whittingham,紐約州立大學Binghamton 分?;瘜W和材料科學與工程教授,鋰電池研究先驅。1941年出生,本科、碩士和博士均畢業于牛津大學。加入Binghamton之前,長期在石油公司Exxon工作,從事電池研發。

  吉野彰 (Akira Yoshino),1948年生于日本。1972年吉野彰畢業于京都大學大學院工學研究專業。智能手機和電動汽車使用的鋰離子電池的開發者、旭化成公司研究員,旭化成株式會社吉野研究室室長,還是京都大學大學院工學研究專業特命教授。

  為什么是鋰電池?

  為什么是鋰電池得獎?相信很多人會有這樣的疑問。要回答這個問題,有必要先看看諾貝爾的遺囑:The said interest shall be divided into five equal parts, /- - -/ one part to the person who shall have made the most important chemical discovery or improvement 。。。

  也就是說,諾貝爾化學獎應該授予做出最重要化學工作的人。鋰電池是這樣的一個發現么?請各位捫心自問,一天有多少時間花在手機上、微信上?沒有鋰電池,這一切很難想象!

  從商務到休閑,從閱讀到游戲,老爺子的鋰電池讓您的移動生活成為可能!

  在走進老爺子的世界之前,讓我們先退一步,回想過去六七十年最重要的一些技術發明和進步。不管您是穆斯林還是基督徒,信奉釋迦牟尼還是老莊,您是否注意到,有兩樣東西如今無所不在,對社會和經濟產生巨大的沖擊,徹底改變了人們的工作和生活?第一個是三極管,貝爾實驗室的產物,開辟了電子時代,催生了Intel和Microsoft,促成了信息革命,并且早在1956年就獲得諾貝爾獎。第二個就是鋰電池!是它給三極管插上了翅膀,讓您的移動生活和工作成為可能。沒有它就沒有筆記本電腦、智能手機和平板;沒有它就沒有蘋果的重生、沒有三星、沒有特斯拉;沒有它就沒有微信的興起、沒有知社學術圈,當然也就沒有各式各樣的自媒體。

  咱終于也和諾貝爾獎親密接觸一次啦!現在知道,為什么要把諾貝爾獎給鋰電池了么?那鋰電池和Goodenough老爺子,又有什么淵源呢?

  為什么給老爺子?

  在走近鋰電池的前生后世之前,讓我們先八卦一點老先生的花絮。古老爺子在家排行老二,可以說是出生在書香門第,老爸是耶魯教授,兄弟姐妹也都在學術圈混。不幸的是父母關系惡劣,殃及池魚,12歲就把他送去讀寄宿學校。因此Goodenough和父母關系非常冷淡,幾乎從來不提他們。他在中學似乎也并不好好讀書,不過最終還是去了耶魯念數學,畢業成績優異。Goodenough的家庭背景和孩童時代成長經歷,看起來和知社學術圈前段介紹的LIGO之父 Weiss有很大的類似性。

  大學畢業之后Goodenough去當兵,遠赴歐洲戰場打第二次世界大戰,傳言還參加過諾曼底登陸。戰后他駐扎在葡萄牙,做陸軍上尉。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 Goodenough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Goodenoguh上課的時候,一個教授問他, 我真不知道你來干嘛!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:

  I don’t understand you veterans。 Don’t you know that anyone who has ever done anything significant in physics has already done it by the time he was your age?

  這話簡直是一語成讖:楊老非常年輕的時候就得了諾貝爾,古老90多歲了才得到他應得的榮譽,還不是物理的。

  不過Goodenough好歹還是從芝加哥大學物理博士畢業了,之后去了MIT Lincoln實驗室,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Goodenough-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,Goodenough開始將注意力轉向能源存儲??墒悄茉搭I域的研究屬于美國能源部的范疇,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,Goodenough被選中了,雖然他只修過兩門大學本科化學課。到了牛津,Goodenough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。

  回到鋰電池的緣起,還得從上個世紀的石油危機說起。在二十世紀初汽車剛剛出現的時候,電動汽車其實大行其道,但最終被汽油車所淘汰。到了上世紀70年代,爆發世界能源危機,石油供給短缺,促使大家開始重新關注電動車,這樣曾經顯得很乏味的電池,開始引起人們的重視。這個時候 Goodenough剛剛從麻省理工學院跳槽到牛津,而另一個鋰電池先驅Whittingham則剛從斯坦福去石油巨頭 Exxon工作。

  最初的電動汽車用的是鉛酸電池,19世紀中期發明的。1966年,福特汽車公司推出了新型的NaS電池,S做陰極Na做陽極,較鉛酸電池輕而且能量密度高。聽起來是不錯,只是其工作溫度高達300攝氏度,而Na在98度就融化,遇見空氣就著火,顯然安全很成問題。盡管如此,福特聲稱NaS電池汽車可以跑200英里,充電只需要一個小時,即便今天,這也是有吸引力的。于是當時大伙都涌向電池,研究熱度和今天有一拼。

  Whittingham 1968年畢業后在斯坦福做了幾年博后,發現鋰離子可以在層狀材料TiS2可逆的嵌入析出,適合做電池陰極,在室溫下就能工作,重量也輕,引起了很大的反響。1972年,Exxon 把他挖了過去,用TiS2 和 Li金屬做電極,開發出世界上第一個鋰電池,1976年獲得專利。這是一個極大的進步,鋰電池輕巧而且高能,移動電子出現曙光。不過這個電池極不實用,價格昂貴,也有很大的安全隱患。Exxon 最終放棄了這個項目。

  這個時候, Goodenough 老先生出手了,他預感用金屬氧化物做陰極,可以解決TiS2的問題,而且電壓更高,能量密度更大。在牛津,他找了兩博士后,搜尋合適的金屬氧化物,能嵌入析出更多的鋰離子而保持結構穩定。1980年,他們找到了神奇的LiCoO2,也是層狀的,就是下面這個結構。幾乎可以肯定,它就在你的手機和電腦里。這一年,老爺子已經58歲,真可謂大器晚成。當然他在此之前,已經在磁性材料領域做出了杰出貢獻。電化學當時對他而言,屬于玩票性質。

  Goodenough這項發現,從實驗室到商業市場,還是經過了10余年的時間。1991年,索尼推出了世界第一個商用鋰電池,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Goodenough并沒有止步于此。LiCoO2的層狀結構使鋰離子輸運限于二維平面,因此他和他的博士后們希望尋找新的電極材料,通過鋰離子的三維輸運,提升電池倍率性能。1982他們就發現了尖晶石結構的LiMn2O4,較LiCoO2更為安全便宜。1986年,Goodenough回到美國,到德克薩斯大學繼續從事電池研究。到了1993年,日本電訊(NTT)將Shigeto Osada送到他的實驗室,和他的博士后Akshaya Padhi繼續尋找更好的尖晶石結構電極。這一搜尋及其艱苦,Co, Mn, V等一系列元素均不理想。最后只剩下Fe和P的組合。Goodenough對這一組合的尖晶石結構持懷疑態度,而Padhi證實了他的猜測,得到了橄欖樹結構的LiFePO4,性能超群!繼LiCoO2和LiMn2O4之后,Goodenough研究組發現了第三個明星電極。

  可是,Goodenough不知道的是,Osada已經偷偷把這一結果向NTT匯報,而NTT則迅速開始推進工作,并在1995年11月悄悄地申請了專利。等到1996年Goodenough得知這一消息的時候,非常憤怒:他是一個間諜,老爺子對Padhi吼道,趕緊把你所做的實驗都記錄下來!隨后德克薩斯大學將NTT告上了法庭,價值5億美金。這樣的實驗記錄對其后的專利大戰至關重要。

  還嫌不夠亂,麻省理工學院材料系的華人教授Yet-Ming Chiang也加入戰局,申請了自己的專利,并創辦了電池公司A123,發展基于LiFePO4的動力電池。知識產權的三國大戰精彩紛呈,到2008年,A123成功游說歐洲法庭取消了Goodenough的專利,LiFePO4技術一下子變得對所有人都免費。比亞迪推出了LiFePO4的電動汽車,更吸引了Warren Buffett花費 2億3千萬美金收購其10%的股份。而A123在2009年上市,融資將近6億美金。這是Yet-Ming Chiang教授第三個上市公司,MIT的創新能力可見一斑!不過A123在2012年宣布破產!最終,NTT與德州大學庭外和解,向其支付3千萬美金以及今后銷售的一些利潤。

  不過老爺子的使命尚未結束。自他發現LiCoO2,30多年過去了,鋰電池驅動的電動汽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。這個世界仍然需要下一個超級電池解決這些問題,而Goodenough覺得他還有下一個好的主意,“我要在洗手不干之前解決這些問題。我只有92歲,還有一些時間。”

  I want to solve the problem before I throw my chips in。 I’m only 92。 I still have time to go。

  如果訪問德州奧斯汀,在美麗的德克薩斯大學校園,你也許會幸運地遇見這個老人。他97歲了,每天都還來大學上班,不是貓在自己小辦公室里搗鼓,就是呆在實驗室里和那些比他重孫輩還小的博士后們討論。這,就是一位97歲老人的傳奇人生。讓我們熱烈祝賀老爺子榮獲諾貝爾獎,并祝古老爺子和楊老一樣青春永駐!

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