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锂离子电池共同发明人古迪纳夫去世,享年 100 岁

更新时间:2024-08-20 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

当地时间6月25日,锂离子电池共同发明人、2019年诺贝尔化学奖共同获得者约翰·班尼斯特·古迪纳夫去世,距他101岁生日仅一个月。古迪纳夫的学生尼古拉斯·格兰迪什向外界证实了这一消息。pLM物理好资源网(原物理ok网)

古迪纳夫的一生充满传奇:他主修数学,做了20多年的材料物理研究,54岁转行开始研究锂电池,58岁发现钴酸锂更适合作为锂电池正极材料,75岁研制出磷酸铁锂,94岁研制出全固态电池物理学家铝电池,97岁获得科学最高荣誉——诺贝尔化学奖,成为历史上年龄最大的诺贝尔奖得主。pLM物理好资源网(原物理ok网)

古迪纳夫曾说:“我想解决汽车的问题,我想让汽车尾气从全世界的高速公路上消失,我希望在我有生之年能看到这一天。”pLM物理好资源网(原物理ok网)

54岁开始研究锂电池pLM物理好资源网(原物理ok网)

古迪纳夫在康涅狄格州纽黑文的一个农村郊区长大,他的父亲是耶鲁大学的宗教史学家。pLM物理好资源网(原物理ok网)

1940年,古迪纳夫也进入耶鲁大学学习数学。大二的时候,二战爆发物理学家铝电池,他想参加志愿服务,但数学教授在办公室找到了古迪纳夫,对他说:“别像其他学生一样报考海军陆战队,我们需要一些懂数学的人来做战时天气预报。”pLM物理好资源网(原物理ok网)

于是,1944年从耶鲁大学毕业后,古迪纳夫被派往一个岛上担任气象学家。两年后,古迪纳夫从军队退役,选择在芝加哥大学学习物理学。pLM物理好资源网(原物理ok网)

但学院的老师们一致认为古迪纳夫年纪太大,又刚开始学习物理,未来很难有所成就。好在古迪纳夫没有放弃,还遇到了自己的导师——物理学家齐纳。pLM物理好资源网(原物理ok网)

齐纳在30岁时就发明了齐纳二极管,并担任芝加哥大学凝聚态材料教授。就这样,古迪纳夫进入了凝聚态科学领域。pLM物理好资源网(原物理ok网)

1952年,古迪纳夫成功获得固体物理学博士学位,随后被齐纳推荐到麻省理工学院林肯实验室工作,主要从事计算机存储器的材料物理研究。pLM物理好资源网(原物理ok网)

他在那里一呆就是24年。在林肯实验室工作期间,古迪纳夫发现了材料中磁体的交换规律,为RAM(随机存储器)的研发奠定了基础。与此同时,他还接触到了能源材料,开始研究锂离子的运动。pLM物理好资源网(原物理ok网)

然而,由于他最感兴趣的项目预算削减,他不得不离开林肯实验室。pLM物理好资源网(原物理ok网)

1976年,54岁的古迪纳夫接受牛津大学的邀请,担任无机化学实验室负责人,也是在这里,古迪纳夫正式开始了对锂电池的研究。pLM物理好资源网(原物理ok网)

物理学家铝电池pLM物理好资源网(原物理ok网)

钴酸锂的发现解决了锂电池稳定性问题pLM物理好资源网(原物理ok网)

古迪纳夫转行的那一年,恰逢学术界掀起研究电池的热潮,在这股热潮中,有一个名字不得不提:后来与古迪纳夫共同获得诺贝尔化学奖的惠廷汉姆。pLM物理好资源网(原物理ok网)

1971年,惠廷汉姆发表了有关固态快离子传输的论文后,不仅获得了电化学学会青年作者奖,还引起了埃克森石油公司的关注。pLM物理好资源网(原物理ok网)

加入埃克森美孚后,惠廷汉姆和他的同事开始研究超导材料,包括可以嵌入离子的二硫化钛。pLM物理好资源网(原物理ok网)

他们发现,通过在二硫化钛片之间嵌入不同的原子或分子,可以改变超导转变温度。钾化合物表现出最高的超导性。他意识到这种化合物非常稳定,不像钾金属,所以反应必须消耗大量的能量。这表明这种嵌入反应可用于电能存储。pLM物理好资源网(原物理ok网)

在电池中,放电时电子应该从负极(阳极)流向正极(阴极),因此负极必须是容易失去电子的材料,而在所有元素中,锂就是容易失去电子的材料。pLM物理好资源网(原物理ok网)

发现后,惠廷汉姆前往纽约埃克森总部讨论该项目。会议持续了大约十五分钟,管理团队很快做出了决定:他们将利用惠廷汉姆的发现开发一种具有商业可行性的电池。pLM物理好资源网(原物理ok网)

1972年底,埃克森公司开发出锂离子电池原型“45Ah”,并于次年获得专利。然而在实际使用中,惠廷汉姆发现,随着锂电池反复充放电,金属锂负极上会长出锂枝晶,这些锂枝晶会导致电池短路,引发火灾,甚至爆炸。pLM物理好资源网(原物理ok网)

这个问题没过多久就出现了。pLM物理好资源网(原物理ok网)

转行后的古迪纳夫开始研究金属氧化物的磁性,发现氧化钴的结构与惠廷汉姆团队在电池正极中使用的二氧化钛结构相似,因此他推断钴材料也可用作电极的正极,同时解决了二硫化钛价格昂贵且与空气接触会产生有毒的硫化氢的问题。pLM物理好资源网(原物理ok网)

1980年,古迪纳夫带领团队发现锂金属氧化物——钴酸锂是锂电池正极的优良材料,一方面它依然可以释放锂离子,另一方面更加稳定,没有安全风险。pLM物理好资源网(原物理ok网)

然而,当古迪纳夫向牛津大学申请专利时,他的申请却被拒绝,理由是该技术应用前景不大,最终他不得不将设计专利以极低的价格转卖给英国原子能研究中心。pLM物理好资源网(原物理ok网)

虽然古迪纳夫开发出了合适的正极材料,但由于负极材料没有根本性的改善,这项技术仍然回报不大。pLM物理好资源网(原物理ok网)

物理学家铝电池pLM物理好资源网(原物理ok网)

1985年,吉野彰与同事采用石油焦作为负极材料,解决了锂离子电池研发中尚存的难题。pLM物理好资源网(原物理ok网)

1991年,索尼将古迪纳夫的钴酸锂正极与吉野彰研制的负极结合在一起,制成了世界上第一块商用锂离子电池,随后广泛应用于手机、电脑等数码产品中。pLM物理好资源网(原物理ok网)

他持续研发磷酸铁锂电池和全固态电池,最终在97岁高龄时荣获诺贝尔奖。pLM物理好资源网(原物理ok网)

但钴酸锂电池存在安全性差、成本高、寿命短等缺点。pLM物理好资源网(原物理ok网)

1986年网校头条,从牛津大学回到德克萨斯大学任教后,古迪纳夫决心继续研究,并于1995年成功研制出磷酸铁锂电池。pLM物理好资源网(原物理ok网)

尽管古迪纳夫当时认为该技术仍需改进,但收到消息的日本电信公司NTT却立刻派出商业间谍冈田重人潜入古迪纳夫的实验室,窃取磷酸铁锂电池的技术。pLM物理好资源网(原物理ok网)

当古迪纳夫发现自己的团队遭到日本间谍渗透后,他迅速要求美国德克萨斯大学在美国申请磷酸铁锂技术专利,不久后,他又与法国科学家米歇尔·阿尔芒共同申请了磷酸铁锂碳包覆技术专利。pLM物理好资源网(原物理ok网)

但已经太迟了。pLM物理好资源网(原物理ok网)

一心想研究、毫无维权意图的古迪纳夫直接将专利授权给了德克萨斯大学,德克萨斯大学又将专利卖给了德国南方化学公司(Sü)和加拿大魁北克水电公司(Hydro-)。pLM物理好资源网(原物理ok网)

此后,两家公司组成的维权联盟开始了旷日持久的专利战,不仅将从事间谍活动的日本NTT公司告上法庭,还在世界各地疯狂注册专利,四处牟利,赚得盆满钵满。pLM物理好资源网(原物理ok网)

2018年,媒体询问古迪纳夫是否后悔交出专利技术?pLM物理好资源网(原物理ok网)

他说:“我从来没有想过它会这么有价值。我当时只想制造一种电池和一辆能与内燃机竞争的电动汽车。”pLM物理好资源网(原物理ok网)

图片来源:得克萨斯大学奥斯汀分校pLM物理好资源网(原物理ok网)

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