鋰電池之父一生都在發(fā)現(xiàn)問題

文/張幸欣

約翰·古迪納夫

2019年，約翰·古迪納夫、斯坦利·惠廷漢姆和吉野彰作為“鋰電池三杰”，被瑞典皇家科學(xué)院授予諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)表示，他們?yōu)槿祟悗砬八匆姷膹?qiáng)大電池，創(chuàng)造了一個(gè)可充電的世界。如果沒有他們發(fā)明的鋰電池，就不會(huì)有今天的智能手機(jī)、平板電腦或筆記本電腦。三人中最具傳奇色彩的當(dāng)屬97歲高齡的古迪納夫。

打工21小時(shí)吃飽21頓飯

在美國(guó)康涅狄格州紐黑文市郊外的鄉(xiāng)村，古迪納夫度過了童年時(shí)代。他癡迷于叢林探險(xiǎn)，把蝴蝶和土撥鼠當(dāng)作玩伴，累了便躺在枝杈上，聞花香聽鳥鳴。這些是他關(guān)于童年的最美好記憶。

12歲那年，古迪納夫進(jìn)入馬薩諸塞州一家私立學(xué)校讀書，后來又順利地考上了耶魯大學(xué)。然而就在拿到錄取通知書時(shí)，他的父母離婚了。父親很快和女助手再婚，從此對(duì)古迪納夫的關(guān)心變得越來越少。

那時(shí)，耶魯大學(xué)的學(xué)費(fèi)是每年900美元，父親只給了古迪納夫35美元。為了籌措學(xué)費(fèi)，他不得不每周花21小時(shí)打工，他戲稱這是“打工21小時(shí)，吃21頓飯”。

在專業(yè)選擇上，古迪納夫開始了人生的第一次搖擺。他入學(xué)時(shí)的專業(yè)是古典文學(xué)，后來轉(zhuǎn)到了哲學(xué)。為了湊學(xué)分，他又選修了化學(xué)，連帶著學(xué)了數(shù)學(xué)。這些看似雜亂無章的選擇卻對(duì)他的一生影響深遠(yuǎn)。

找到問題并解決它

1941年12月，珍珠港事件后，美國(guó)加入第二次世界大戰(zhàn)。那一年，古迪納夫讀大二。機(jī)緣巧合下，本想和同學(xué)們扛槍去前線打仗的他，因數(shù)學(xué)教授的推薦成為一名軍隊(duì)氣象預(yù)測(cè)員。

在堅(jiān)定方向之前的每一個(gè)看似彷徨的腳步，其實(shí)都踏石有印，行穩(wěn)致遠(yuǎn)。二戰(zhàn)結(jié)束后，已經(jīng)擁有上尉軍銜的古迪納夫原本應(yīng)該繼續(xù)留在部隊(duì)從事氣象工作，但冥冥之中似乎有一個(gè)聲音在他耳畔反復(fù)回響“這不是你該走的路”。

得知他的想法后，那位曾推薦他擔(dān)任軍隊(duì)氣象員的數(shù)學(xué)教授，再次推薦他去芝加哥大學(xué)讀書。在前往芝加哥的途中，往事一幕幕從古迪納夫的心頭掠過。他覺得自己所學(xué)的文學(xué)、哲學(xué)、化學(xué)和數(shù)學(xué)之間似乎還缺少一個(gè)能將其串聯(lián)起來的學(xué)科。冥思苦想后，一道靈光在他腦海里閃過——物理學(xué)。

1946年，24歲的古迪納夫決定去學(xué)習(xí)物理。登記入學(xué)的教員得知他的情況后，感到匪夷所思：“在你這個(gè)年齡，別人該研究的都研究完了，該得的榮譽(yù)都得了。”古迪納夫只是笑笑。30歲那年，他拿到物理學(xué)博士學(xué)位。多年以后，站在諾貝爾獎(jiǎng)的領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)上，他說：“我就像是烏龜，走得慢，一路掙扎，到了而立之年還找不到出路。但我知道，必須走下去。”

古迪納夫的導(dǎo)師、“齊納二極管”的發(fā)明者齊納教授對(duì)他說：“聰明人一生只做兩件事。第一是找到一個(gè)問題，第二是把問題解決掉。”這句讓古迪納夫銘記終生的話，在他此后的研究生涯中發(fā)揮了極為重要的作用。

開啟能源研究新征程

54歲時(shí)，古迪納夫應(yīng)牛津大學(xué)邀請(qǐng)，開啟了能源研究的新征程。

和古迪納夫一起獲得諾獎(jiǎng)的惠廷漢姆此時(shí)已經(jīng)研制出首個(gè)實(shí)用鋰電池。鋰電池比其他電池儲(chǔ)電量大、重量輕。但鋰非常活潑，與空氣接觸后，容易起火爆炸。

古迪納夫心頭一直縈繞著一個(gè)問題：什么物質(zhì)的儲(chǔ)電量不小于鋰，并且化學(xué)性質(zhì)相對(duì)惰性呢？經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)和觀察，1980年，古迪納夫找到了問題的答案。鈷酸鋰可以解決早期鋰電池容易起火爆炸的問題，而且質(zhì)量更輕，容量更大，安全性更高。

古迪納夫把這項(xiàng)專利送給了政府實(shí)驗(yàn)室。之后，索尼公司以高價(jià)收購了該項(xiàng)專利，奠定了今天各種便攜式設(shè)備電池的基礎(chǔ)。

古迪納夫沒有滿足于此，仍然繼續(xù)尋找新型材料。1983年，錳尖晶石材質(zhì)躍入古迪納夫的視野。它的分解溫度高，遇氧穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于鈷酸鋰，即便有短路、過充現(xiàn)象出現(xiàn)，也可以有效防止燃燒、爆炸。此后的6年間，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，古迪納夫發(fā)現(xiàn)硫酸鹽之類的聚電解質(zhì)的正極能產(chǎn)生更高的電壓。經(jīng)過不斷研究，在此基礎(chǔ)上他發(fā)現(xiàn)了更加穩(wěn)定、壽命更長(zhǎng)、充電更快的磷酸鐵鋰，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)奠定了他“鋰離子電池之父”的稱號(hào)。

諾獎(jiǎng)只是新的起跑線

牛津大學(xué)有一個(gè)強(qiáng)制性規(guī)定，要求所有在校教職工65歲必須退休。而時(shí)年64歲的古迪納夫并不服老，于是他轉(zhuǎn)去德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校，擔(dān)任機(jī)械工程和材料科學(xué)教授。

他把眼光從鋰轉(zhuǎn)向了鈉，研究如何用鈉來代替鋰，希望找到幾乎可以無限量獲取的原材料來制造新型電池，并最大限度地利用自然界中的清潔能源來驅(qū)動(dòng)人類社會(huì)的進(jìn)步。

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，人類面臨環(huán)境污染和能源短缺的問題，古迪納夫?qū)⑵湟曋疄樘魬?zhàn)，更在其中看到機(jī)遇。“鋰電池作為能源，可以減少二氧化碳和污染物的排放。我們已經(jīng)走在清潔能源使用的道路上，還會(huì)越走越寬。”

獲得2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)并沒有改變古迪納夫的生活作息和行動(dòng)軌跡，每天，他依然穿梭于大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室，和助手們一起研究著新能源。他說：“我研究故我在，這是我生命的終極意義。”

古迪納夫似乎并不急于做出一個(gè)成果，好給自己的職業(yè)生涯畫一個(gè)圓滿的句號(hào)。他說：“死亡從來不是我考慮的事情。因?yàn)闊o論我想與不想，它都在那里，靜靜地候著每一個(gè)人。而發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，才是我人生最重要的兩件事。”