最近,97岁的约翰古迪纳夫,打破了诺奖有史以来颁给最高龄科学家的这一纪录。
古迪纳夫被人们誉为是锂电池之父。去年诺奖颁奖后,很多人为古迪纳夫鸣不平。记者问他是不是很遗憾?他幽默地说,“I’m goodenough(我足够好)”。他的英文名古迪纳夫在中文中就是“足够好”。
古迪纳夫是个文理学科融合的典型。18岁他考上了耶鲁大学,先修学古典文学,转而又学哲学。为了修满学分,他又修了两门化学。一次偶然的机会,他又转到了数学系,最终获得耶鲁大学数学学士学位。
从耶鲁本科毕业以后,古迪纳夫加入了美国空军。退役后他修读了芝加哥大学物理学博士。30岁才正式入行,进入麻省理工学院的林肯实验室工作。
其实,早在1970年代,今年诺奖的另一位获得者惠廷汉姆就发明了锂电池。
锂是最轻的金属,性质活泼,容易失电子,作为电池是优良的材料。当时的锂电池正极采用的是二硫化碳的材料,锂离子夹杂在其中,这样的锂电池能够提供两伏特的电压。
但是锂电池投产问世,市面上的锂电池经常发生自燃甚至爆炸的事情,问世不到半年就被全球召回。生产锂电池的加拿大MOLI公司因此一蹶不振,被日本NEC公司收购。
怎么解决这样的问题呢?古迪纳夫在牛津大学实验室提出,能不能不用硫化物,改用氧化物钴酸锂做正极材料。这个结构好比是“牛排汉堡”,钴酸锂上下两层,好比是两片面包,中间可以自由滑动移动的锂离子就好比是牛排,这就有效地解决了之前锂电池的稳定性问题。同时这样的锂电池能够产生四伏特的电压。
但是之前差点破产的MOLI公司再也不敢接受这个发明,连牛津大学也不愿意为古迪纳夫申请专利。这时候日本的索尼公司站了出来,愿意与古迪纳夫合作。之所以愿意合作,是因为日本当时的学界已经研究出用石墨作为锂电池的负极材料,它的设计者就是日本的吉野彰,也是今年的诺奖化学奖获得者。而古迪纳夫研究的钴氧化物是用在了电池的正极。正负极一融合,高性能的新型锂电池就此问世。
1986年,75岁的古迪纳夫又做出了新材料磷酸铁锂。因为钴酸锂的锂电池其实有一些缺陷,之前我们把钴酸锂比作夹着牛排的汉堡,如果我们吃汉堡的时候,中间的牛排滑落,那么两片面包就贴在了一块。这就好比锂离子移动过后,上下两层钴氧化物结构崩塌了,两片面包贴在一块,那么锂离子就不再能够通过其中。所以这样的电池稳定性差。同时钴作为金属原料,成本很高,意味着无法大量民用。
磷酸铁锂的结构则不同,它像是空间的管道,锂离子能够从这些管道的空隙当中自由穿梭,结构非常稳定。同时铁和磷原料的矿产很丰富,为锂电池的商业化打破了技术障碍。
30岁入行,58岁提出钴酸锂,75岁提出磷酸铁锂,94岁研制出全固态电池,97岁获得诺奖,至今仍在全固态电池的研究工作一线,仍能有重要的作品和成果发布。有人说他的研究已经足够好了,但是他却不这么认为。生命不息,奋斗不止。
朱 征