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帮助革新锂离子电池的科学家约翰·古迪纳夫去世,享年100岁

   日期:2024-05-07 04:43:00     来源:http://www.900614.com/    作者:小编    浏览:116    

帮助改造锂离子电池的先驱研究员约翰·古迪纳夫(John Goodenough)于周日去世,享年100岁。

他的发明促进了现代计算机的发展和锂离子电池的商业化,影响了地球上每个人的生活。然而,很少有人知道他,他的工作并没有给他带来财富,尽管他在晚年确实获得了诺贝尔奖。这些都没有让古迪纳感到困扰,因为他一直在开发更好的电池,几乎直到他生命的尽头。他几十年的工作和创新现在是世界汽车和能源系统脱碳竞赛的基石。

古迪纳夫1922年出生于德国,父母是美国人,他的一生可以概括为:在不熟悉的地方发现自己,但仍然设法出类拔萃。他在康涅狄格州纽黑文的耶鲁大学附近长大,他的父亲在那里教宗教史。在他2008年的自传《见证恩典》(Witness to Grace)中,他讲述了由疏远的父母和“深深的伤害”组成的童年。

12岁离开学校去私立寄宿学校后,他学习了拉丁语和希腊语,学会了如何应对阅读障碍,并获得了耶鲁大学的数学奖学金。后来,第二次世界大战爆发了,在数学导师的建议下,他报名成为一名气象学家,而不是去前线。古迪纳夫在美国空军服役了近三年,先是在纽芬兰,然后是北大西洋的亚速尔群岛。

回国后,他发现他的耶鲁导师推荐他申请芝加哥大学的研究生奖学金,他选择在那里学习物理学,尽管他在本科时只学过这门学科的基础课程。在那里,他师从著名物理学家,其中包括恩里科·费米(Enrico Fermi),费米曾是曼哈顿计划(Manhattan Project)研发原子弹的一员。他的毕业论文是关于固态物理学的,研究掺杂非金属元素的金属中电子的运动。在学习期间,他遇到了一位名叫艾琳·怀斯曼(Irene Wiseman)的历史研究生,并与她结婚,直到她于2016年去世。

获得博士学位后,古迪纳夫在美国国防部资助的麻省理工学院林肯实验室工作了24年。他在20世纪50年代和60年代对金属和氧化合物的研究推动了随机存取存储器(RAM)的发展,RAM是计算机短期数据访问的中心。

据《瓶装闪电》(bottle Lightning)一书的作者赛斯·弗莱彻(Seth Fletcher)说,1976年资金枯竭时,他曾短暂考虑在伊朗寻找一个研究太阳能的职位,得到了伊朗国王700万美元的资助。但后来,古迪纳夫在牛津大学找到了一份无机化学系主任的工作——这是另一个他在理论上似乎不适合的职位,因为他从未在研究生院学习过化学课程。1973年的石油危机激发了他对替代能源的兴趣,正是在牛津大学,他把注意力转向了电池。

所有的电池,从1799年亚历山德罗·伏特发明的第一个电池开始,都由三个部分组成:两个电极——被称为阳极和阴极——以及一种电解质,这种电解质允许带电的原子粒子(称为离子)在它们之间流动。锂是宇宙中最轻的金属,使用锂离子的电池可以在最小的空间内存储最大的能量。

埃克森美孚公司的一位名叫斯坦利·惠廷汉姆的科学家在20世纪70年代早期开发了一种使用锂的电池。然而,正是对电池能量密度的渴望导致了惠廷汉姆的电池——用锂金属做阳极,硫化钛做阴极——着火。

出于安全考虑,古迪纳夫转向了他在开发随机存取存储器时研究过的化合物:氧化物。他和两名研究生一起工作,发现氧化钴是一种更优越、更安全的阴极。

然而,牛津大学从未为古迪纳夫的发明申请专利,他把这项发明送给了一家英国核研究机构,希望能将其商业化。后来,日本化学家吉野彰(Akira Yoshino)发现,使用石墨作为阳极可以制造出更安全、更持久的电池。

这些工作的结合帮助索尼在1991年将第一个锂离子电池商业化,并证明了它的巨大成功。即使在今天,大多数便携式电子产品都有钴氧化物阳极和石墨阴极。由于他的开创性工作,古迪纳夫与惠廷汉姆和吉野一起获得了2019年的诺贝尔化学奖。

1986年离开牛津大学后,古迪纳夫在德克萨斯大学奥斯汀分校任教,并继续开发更好的电池材料。在20世纪90年代末,他开发了一种名为磷酸铁锂(LFP)的新型阴极材料,后来由A123 Systems LLC进行了改进和商业化。

首先,锂离子电池使电子产品更加便携。如今,这项技术已成为全球遏制碳排放、帮助公路运输摆脱对石油的依赖的关键工具。

“我不知道它们会价值数十亿美元,”古迪纳夫在2019年接受《C&E新闻》采访时谈到锂离子电池时说,几个月后,他成为了最年长的诺贝尔奖得主。

根据弗莱彻的《瓶装闪电》,随着电池发明的价值飙升,它给Goodenough的大门带来了战斗。他与一家加拿大公司就他的LFP发明签署了一项协议,该公司指控A123侵权。一名日本研究人员在Goodenough的实验室工作,并根据这项工作在日本申请了专利,但没有给他任何功劳。他几乎没有直接从中获得任何东西,他甚至把他赚到的那一点奖金捐给了奖学金。

古迪纳夫以他爽朗的笑声、对科学的奉献以及他一生所教的数千名学生的极大尊重而闻名。

锂离子电池的发展是许多人共同努力的结果,但Goodenough发挥了巨大的作用。尽管他在锂离子电池方面的工作获得了最多的认可,但这并不是他最喜欢研究的问题。相反,他告诉《自然》杂志,从事涉及金属、电子和磁性研究的“莫特跃迁”工作给他带来了最大的乐趣。

他经常给的建议是永远不要过早退休,他也遵循了这条建议。近年来,他致力于研究一种玻璃状固体电解质,通过消除仍然困扰锂离子电池的易燃液体电解质,使电池更安全。这个问题的解决方案将为发明者带来数十亿美元的收入,而Goodenough对此并不在意。

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