诺贝尔奖最年长得主是谁(坐轮椅领奖的诺奖得主)

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世界上最英姿勃发的老人,我以为谁也无法超过99岁仍然奋斗在超级电池研究事业的美国科学家,2019年诺贝尔化学奖获得者——古迪纳夫。愿德州的停水停电和当前美国疯狂肆虐的新型冠状病毒肺炎不要袭扰这位生命不止、研究不息的“年轻人”!愿世界多些古迪纳夫,少些疯狂弄权的特朗普,这样世界就会美好得多!

有权就滥用、搅扰得全世界不得安宁的美国前总统特朗普

2019年诺贝尔化学奖便授予了在锂电池领域有突出贡献的三位科学家,称他们创造了“一个可充电的世界”。其中,打破诺奖最高龄获奖记录、97岁的约翰·古迪纳夫更是功勋卓著,被称为“锂离子电池之父”。19岁参加二战、54岁开始电池研究、94岁投身超级电池研发,翻开他一辈子躬身科研的人生,满是传奇。他拥有着足够好的名字(Goodenough),但一生经历坎坷,总是有着不太好的运气,却总是坚持自己的努力和工作。

1922年,古迪纳夫在德国耶拿出生,不久搬到了美国康涅狄格州郊外乡村。家境殷实,父母都是知识分子,又能亲近乡野,这样的童年本该是快乐的,然而古迪纳夫却越来越内向。因为他的父母关系恶劣,演变成对孩子的冷漠,这导致少年古迪纳夫患上了阅读障碍,无法在教室读书,他成为了小伙伴们嘲笑和挖苦的对象。不过他并没有成为野孩子,坚持着与阅读障碍做抗争。12岁时,父母将他投入一所私立寄宿中学,漠不关心。不久,父母离婚。

忧郁而患有阅读障碍症的儿童

少年时期古迪纳夫就遭遇了父母的离婚和冷遇

1940年,18岁的少年古迪纳夫收到耶鲁大学通知书,来到父亲跟前要学费。父亲只给了他35美元,当时耶鲁一年的学费就需要900美元。他只好给富人家的孩子补习,每周工作21个小时,再加上奖学金,足以支付学费和日常生活开支。

因父母离婚和漠不关心,刚上大学的古迪纳夫不得不靠半工半读交学费、维持生活

在耶鲁大学,古迪纳夫一开始选的是古典文学,没多久又转攻哲学,后来考虑到自己的阅读障碍,接受了一位叫迈尔斯的数学教授的建议,主攻数学。可是大二还没上完,二战爆发,古迪纳夫开始服兵役,从事气象监测。

二战时的军队

退伍后,古迪纳夫在迈尔斯教授的推荐下,获得国家出资在芝加哥大学攻读物理研究生的机会。学习两年的物理后,古迪纳夫经历了两场长达32小时、通过率只有10%的考试后,打开了博士学习大门,他选择了固态物理,师从著名物理学家齐纳。初次见面时,齐纳说了一句影响他一生的话:你有两个问题,第一个问题是找到问题,第二个是解决问题。古迪纳夫选择了凝聚态材料研究,从此再未离开。

1952年30岁的古迪纳夫博士毕业后,来到刚搭建一年的麻省理工学院林肯实验室,和空军签订了项目合同。他开始了磁性研究。这是他第一次接触到锂离子在固体中的迁移,后来又开始了固态陶瓷的基础研究。因为有军方预算支撑,他在这一待就是24年,提出了古迪纳夫—金森法则,为日后随机存储器的诞生奠定了重要基础。

麻省理工学院校徽

麻省理工学院地标性建筑

因1973年爆发的石油危机,古迪纳夫看到日益突出的能源问题,他开始转向能源存储的研究。1976年,军方削减研究预算。预算被砍,古迪纳夫不得不考虑去留问题。当时,他有两个方向,一个是去伊朗的德黑兰大学建一个能源研究所,一个是去做牛津大学无机化学实验室的负责人。听了妻子的建议,古迪纳夫动身前往英国,从一名数学系毕业的物理学家,摇身一变成了一名化学家,开始投身锂离子电池研究。

右一为古迪纳夫的妻子

当时西方市场上已经有了金属锂为电极的锂电池,初入市场时它大受青睐,但不到半年,一起可怕的爆炸发生,所有电池因安全问题被全球召回。西方市场吓破了胆,对锂电池的态度急转直下:不管是否安全,一概弃用。

锂电池爆炸起火

但这并没有影响古迪纳夫研究更安全锂电池的决心。他发现锂电池易爆炸的根源就在金属锂。锂金属表面容易形成一种小树枝一样的枝晶,电池使用过程中,这些枝晶会越长越大。一旦它们大到刺破正负极间的隔膜,就可能引发安全事故。而且金属锂化学性质活泼,与空气接触极易爆炸。想改良锂金属难度太大,必须要找到一种新的材料来代替。

锂电池的枝晶

在林肯实验室时,古迪纳夫密切接触过金属氧化物,他觉得用金属氧化物做阴极,电压更高,能量密度更大。他迅速将想法投入实践,搜寻合适的氧化物,以确保能析出更多的锂离子并且结构稳定。在抵达牛津四年后的1980年,古迪纳夫发现了钴酸锂是最好的答案。在日本,同获今年诺奖的吉野彰正在研究负极材料,他采用了古迪纳夫的这一发现,以石墨材料为负极。这一来,现代锂离子电池的基本框架就确立了。这一年,他54岁。

后来,索尼买下了这一专利,将钴酸锂与石墨结合,开发出了全新的可充电锂离子电池。一经问世,它受到市场热烈欢迎,被应用到相机、电脑、手机中,古迪纳夫声名大噪。如今,锂离子电池市场价值350亿美元,未来5年将增长到1000亿美元,但因当初牛津大学拒绝为此申请专利,古迪纳夫一分钱也没得到。

古迪纳夫对锂电池的研究并没有就此打住。钴酸锂虽然提高了安全性,但也有不足之处,一是它价格贵,产量不高,是重要的战略资源,用来做电池成本太高;二是使用一段时间后,性能会衰减。因而,古迪纳夫继续寻找新的实用的材料。1983年,61岁的古迪纳夫再次发现一种好用的正极新材料——锰尖晶石。这种材料的氧化性远低于钴酸锂,具有低价、稳定、优良导电导锂性能,即便出现短路的情况,也能避免燃烧爆炸的危险,安全性能大大提高。2013年,这种材料已经被用于商业电池。

新的问题出现了:牛津大学有65岁强制退休的规定。古迪纳夫觉得自己仍然愿意继续研究,经过考虑,古迪纳夫在被牛津“劝退”之前,转到了美国德州大学奥斯汀分校继续工作。

德州大学奥斯汀分校

很多人一辈子可能就一种发明,古迪纳夫却接连不断给电池行业带来惊喜。1989年,他发现聚合物电解质有电磁感应效应,采用它的正极可产生更高电压;1997年,他发现磷酸铁锂晶体结构更稳定、寿命更长、充电更快。古迪纳夫对电池的研究,保持着极大的热情,“锂离子电池之父”当之无愧。

锂电池的潜力远远超出了发明者的想象。起初古迪纳夫研究时,根本不知道电池会被怎么使用,更不知道会有电脑、手机这些东西。他仅仅是出于好奇心和责任感,希望能真正解决能源与环境问题。显然,如今它们依然是世界面临的两大重大课题。他常对学生说“要做人类需要的而非想要的事业”,这一生他都在践行这句话。

92岁时,早已是荣誉等身的古迪纳夫依然丝毫没有休息的打算。当亲人、学生担心他的身体扛不住时,他爽朗地笑起来,“我才92岁,我的人生还长着呢!”这时,他已经开始筹划往两个新的方向进行研究。

年近百岁的古迪纳夫与华人学者

第一个方向是如何用钠来取代锂。锂资源在地球上很稀少,未来也会和石油资源一样面临枯竭危险,而且提取锂的工艺繁琐且成本较高。自1997年古迪纳夫提出磷酸铁锂技术后,此后20年再无新的锂电技术出现。而钠在地球上含量很高,基本上可无限供应,并且,它和锂属于同一族元素,化学性质相似,理论上是可以像锂一样用来做电池的。在林肯实验室期间,古迪纳夫就曾对钠离子进行过研究,但要真正在技术上实现产业落地还是个难题。2019年我在德国应用化学上还查到了古迪纳夫研究钾离子电池的论文。

钠离子电池原理图

钾离子电池原理图

第二个方向是超级电池的研究。古迪纳夫接受采访时,多次表达他想解决汽车问题、想让汽车尾气从全世界的高速公路上消失。留下一个清洁、美好的世界,这是他去世之前最想看到的。所以,他带领工程师团队着手打造新型全固态电池,这是一种能让电动汽车与内燃机汽车匹敌的“超级电池”,他希望这种电池可以实现风能和太阳能的经济存储。

2017年,95岁的古迪纳夫公布了团队研究进展,他们研究出了能量密度和安全系数更高的固态电池。目前他们正计划与电池厂商合作,开发测试新电池。古迪纳夫并不在乎潜在的巨大经济利益,他想的只是解决问题。

现在,古迪纳夫已经99岁了,业界对这位老前辈依然抱有信心。因为他的思维仍然活跃,思想还在突破。如今,他每周到学校工作五天、每天早上8点前就到实验室,周六还要在家工作一天。古迪纳夫的这股子精神劲儿,给了不少科研人力量。同获诺奖、今年80岁的斯坦利·惠廷厄姆打趣说,有古迪纳夫在,他觉得自己还是个中年人。

与古迪纳夫一起获奖的英国科学家惠廷汉姆

一生坎坷的古迪纳夫是迄今为止最超长待机、最高龄的诺贝尔奖获得者,他97岁获奖时已经等待了43年,他对于人类新能源的开发贡献已经远远远远超出了技术本身,他永不服老、坚持不懈的创新精神突破了人类对于年龄的认知。我们期待着他的工作突破百岁。他还在工作,谁敢说自己老!

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