鋰電池之父古迪納夫教授去世，曾獲2019年諾貝爾化學獎，最新成果是固態電池-世界熱頭條

2023-06-27 05:11:00 來源: 車東西

車東西（公眾號：chedongxi）作者 | 小崔編輯 | Juice

車東西6月26日消息，今天上午，鋰離子電池共同發明者、2019年諾貝爾化學獎的共同獲得者約翰·班尼斯特·古迪納夫教授（Prof. John Bannister Goodenough）在美國去世，距離101歲只差一個月。

▲約翰·班尼斯特·古迪納夫教授

【資料圖】

古迪納夫教授是美國材料科學家、固態物理學家和諾貝爾化學獎獲得者，生前曾在麻省理工學院林肯實驗室工作24年，并擔任牛津大學終身教授、德克薩斯大學奧斯汀分校的機械、材料科學和電氣工程教授。

古迪納夫教授被廣泛認為是鋰離子電池之父，他發現了古迪納夫—金森法則，這項法則可被用于確定超交換材料磁性符號，此外，他在計算機隨機存取存儲器方面也取得了開創性發展。

一、古迪納夫去世距101歲僅1個月

據外媒business line報道，鋰電池之父、2019年諾貝爾化學獎得主古迪納夫教授剛剛去世，距離101歲只差1個月。

目前，古迪納夫教授的去世消息已被他的學生尼古拉斯·格倫迪什（Nicholas Grundish）證實。

二、鋰電池之父年齡最大的諾獎得主

古迪納夫教授生平最大的貢獻便是開發了鋰離子可充電電池，同時還發現了用于確定超交換（superexchange)材料磁性符號的古迪納夫—金森法則，因此被廣泛稱為鋰電池之父。

2019年10月9日，瑞典皇家科學院宣布將2019年諾貝爾化學獎授予約翰·B·古迪納夫(John B. Goodenough)、斯坦利·威廷漢（M. Stanley Whittingham）和吉野彰(Akira Yoshino)三人，以表彰他們在開發鋰離子電池方面作出的杰出貢獻。

▲古迪納夫獲得2019年諾貝爾化學獎

而在三位獲獎的科學家中，最引人矚目的就是被稱為“鋰電池之父”的古迪納夫。可以說，沒有他就沒有鋰電池，也就沒有之后的手機和電腦，更沒有如今蓬勃發展的電動汽車。

鋰電池基于鋰離子在陽極和陰極之間流動來產生電流，時任紐約州立大學賓漢姆頓分校教授的威廷漢曾將二硫化鈦用鋰電池陰極材料，該材料在分子水平上具有可以容納（嵌入）鋰離子的空間。

而時任美國德克薩斯大學奧斯汀分校教授的古迪納夫則預測，如果使用金屬氧化物而不是金屬硫化物作為陰極材料，那么鋰電池將具有更大的潛力。他在1980年證明了嵌入鋰離子的氧化鈷可以產生多達4伏的電壓，由此為制造更強大的電池奠定了技術基礎，成為鋰電池歷史上的重大技術突破。

1985年，日本化學家、現任名城大學教授吉野彰在古迪納夫鋰電池陰極的基礎上，推出了首個可商用的鋰離子電池，此外，在陽極材料方面吉野彰沒有使用反應性鋰，而是采用了石油焦炭作為材料。

如果用學術化的方式來講，那就是古迪納夫開發了鋰離子可充電電池。

正是因為古迪納夫在鋰電池領域的這種貢獻，古迪納夫也被選為美國國家工程院、美國國家科學院、法國科學院、西班牙皇家學會和英國皇家學會院士，在學術界聲名顯赫。

▲2013年2月，奧巴馬在白宮向約翰·古迪納夫頒發國家科學獎章。

值得注意的是，古迪納夫彼時雖然已經是97歲高齡，但仍然活躍在學術一線，他每天都會去自己所在的美國德克薩斯大學奧斯汀分校實驗室工作，當時還在致力于研究電池領域最前沿的固態電池技術，并且希望徹底改變電動汽車的使用前景。

2017年夏天，古迪納夫就與幾位專家一道在《能源與環境科學》期刊上發布論文，宣布其已經研發出了具備高能量密度、快速充電和長壽命的全固態電池原型。

古迪納夫團隊表示，這一固態電池的能量密度至少是傳統鋰電池能量密度的三倍，同時還具備充放電壽命長、充電速度快的特性。按照德州大學奧斯汀分校官網的說法，其充電速度是按照分鐘而不是傳統鋰電池的小時來計算。

▲德克薩斯大學奧斯汀分校官網報道宣布古迪納夫團隊研發出全固態電解質鋰電池

據了解，傳統鋰電池陰極和陽極之間使用的是液態電解質，鋰離子在其中穿梭以存儲或釋放電量。如果電池充電過快，電池中會形成枝晶（金屬晶須），穿過電解質造成短路，進而引發火災或者爆炸。

在研究中，古迪納夫團隊用一種玻璃電解質代替了傳統的液態電解質。這種電解質可以使用堿金屬作為電極，并且不會出現枝晶的情況。

正是有了堿金屬作為電極（傳統電池無法使用），不僅提升了固態電池陰極的能量密度，還將其充放電壽命延長到了1200多次。

更重要的是，由于這個玻璃電解質在零下20度的環境下仍然具有較高的導電性能，因此搭載這一電解質的固態電池可以讓電動汽車在零度以下的環境下仍然能正常工作，最低可達零下60度。

而搭載普通液態電解質的鋰電池，在極低溫環境下，充放電性能會大幅縮減。要想保持良好的性能，必須使用額外的液態溫度控制系統對其進行加熱。

需要指出的是，古迪納夫尤其重視該技術在電動汽車領域的應用。在發表論文時他明確講道，“成本、安全性、能量密度、充放電速率、循環壽命等參數，對于電動汽車的普及至關重要。我相信我們的發現，將解決現有電池的很多問題。”

值得指出的是，1901至2022年間，諾貝爾化學獎共頒布了114次，共有190位諾貝爾化學獎獲得者，在這190位獲獎者中，古迪納夫是獲獎年齡最高的記錄保持者。

三、獻身科學力促電池技術發展

1922年7月25日，約翰·古迪納夫出生于德國耶拿，他的父母是美國人。約翰出生時，他的父親正在哈佛神學院攻讀博士學位，后來成為耶魯大學宗教史教授。約翰的哥哥，已故的Ward Goodenough，是賓夕法尼亞大學的人類學家。此外，他還有一個同父異母的妹妹Ursula Goodenough，她是圣路易斯（參數丨圖片）華盛頓大學生物學榮譽退休教授。

1940年，古迪納夫從馬薩諸塞州格羅頓的寄宿高中畢業。有意思的是，剛上大學時，約翰的專業是古典文學，屬于純文科專業，隨后他對哲學產生了興趣，于是轉到哲學專業，為了湊學分，他選修了兩門化學課程，后來，他遇到數學教授邁爾斯，認為他非常適合學習數學，約翰于是轉向了數學的“懷抱”，1944年，古迪納夫在耶魯大學獲得數學系學士學位。

在第二次世界大戰中，古迪納夫作為氣象兵在美國陸軍服役，二戰之后，古迪納夫前往芝加哥大學完成了碩士學位。1952年，古迪納夫獲得物理學博士學位，他的博士生導師是電氣故障理論學家Clarence Zener，博士期間，他與包括Enrico Fermi 和John A. Simpson在內的物理學家一起工作和學習。在芝加哥時，他還認識了歷史研究生艾琳·懷斯曼并與之結婚。

學業結束后，古迪納夫在麻省理工學院林肯實驗室擔任了24年的研究科學家和團隊負責人。在此期間，他是一個跨學科團隊的成員，負責開發隨機存取磁存儲器。他對RAM的研究使他在氧化物材料中發展了合作軌道排序的概念，也被稱為Jahn–Teller畸變，隨后他又發展了材料中磁超交換符號的規則，現在被稱為古迪納夫—金森法則。

20世紀70年代末到80年代初，古迪納夫繼續他的研究，并在牛津大學擔任無機化學實驗室主任。在牛津大學的工作中，古迪納夫被認為是對商業鋰離子充電電池開發至關重要的人物。也就是在這里，古迪納夫對鋰離子電池的研究有了突破性進展，采用金屬氧化物作為陰極材料，并證明了嵌入鋰離子的氧化鈷可以產生多達4伏的電壓，最終為制造更強大的電池奠定了技術基礎。

自1986年以來，古迪納夫一直擔任德克薩斯大學奧斯汀分校科克雷爾工程學院機械工程和電氣工程系的教授。任職期間，他繼續研究離子導電固體和電化學器件。他希望繼續研究改進電池材料來促進電動汽車的發展，并幫助減少對化石燃料的依賴。

2017年2月28日，古迪納夫和他在得克薩斯大學的團隊在《能源與環境科學》雜志上發表了一篇關于玻璃電池的論文，這是一種低成本的全固態電池，不燃，循環壽命長，體積能量密度高，充放電速度快。該電池使用玻璃電解質，而不是液體電解質，可以在不形成枝晶的情況下使用堿金屬陽極。然而，這篇論文遭到了電池研究界的廣泛質疑，在幾項后續工作之后仍然存在爭議。這項工作被批評為缺乏全面的數據，對所獲得的數據的虛假解釋，以及所提出的電池運行機制將違反熱力學第一定律。而在2020年4月，古迪納夫代表葡萄牙國家能源與地質實驗室、葡萄牙波爾圖大學和得克薩斯大學為玻璃電池申請了專利。

值得關注的是，古迪納夫的童年生活并不愉快，由于他的父母經常吵架，兩人幾乎沒有照顧他。而約翰在學校里還患有誦讀困難癥，這使得他很難理解課程，也很難跟上教堂的節奏。不過，他對于探索樹林和動植物很感興趣。最終，他克服了自己的殘疾，進入了耶魯大學，并以優異的成績通過了數學考試。

在他服役后重返學術界時，古迪納夫在芝加哥大學的本科老師頗為嘲諷地告訴他，其他物理學家在他這個年齡已經達到了他們的巔峰。

結語：古迪納夫用盡畢生心血推動電動汽車行業的發展

對古迪納夫而言，科學便是他的全部生命。

即使在97歲高齡獲得諾貝爾獎之后，古迪納夫仍然希望能研發出高能量密度、高安全性的固態電池，從而解決人類潛在的能源危機。

他曾說：“我想在去世前解決這個問題，我才九十多歲，還有時間。”

關鍵詞：

鋰電池之父古迪納夫教授去世，曾獲2019年諾貝爾化學獎，最新成果是固態電池-世界熱頭條

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