锂电池之父一生都在发现问题
2020-07-18张幸欣
文/张幸欣
约翰·古迪纳夫
2019年，约翰·古迪纳夫、斯坦利·惠廷汉姆和吉野彰作为“锂电池三杰”，被瑞典皇家科学院授予诺贝尔化学奖。评奖委员会表示，他们为人类带来前所未见的强大电池，创造了一个可充电的世界。如果没有他们发明的锂电池，就不会有今天的智能手机、平板电脑或笔记本电脑。三人中最具传奇色彩的当属97岁高龄的古迪纳夫。
打工21小时吃饱21顿饭
在美国康涅狄格州纽黑文市郊外的乡村，古迪纳夫度过了童年时代。他痴迷于丛林探险，把蝴蝶和土拨鼠当作玩伴，累了便躺在枝杈上，闻花香听鸟鸣。这些是他关于童年的最美好记忆。
12岁那年，古迪纳夫进入马萨诸塞州一家私立学校读书，后来又顺利地考上了耶鲁大学。然而就在拿到录取通知书时，他的父母离婚了。父亲很快和女助手再婚，从此对古迪纳夫的关心变得越来越少。
那时，耶鲁大学的学费是每年900美元，父亲只给了古迪纳夫35美元。为了筹措学费，他不得不每周花21小时打工，他戏称这是“打工21小时，吃21顿饭”。
在专业选择上，古迪纳夫开始了人生的第一次摇摆。他入学时的专业是古典文学，后来转到了哲学。为了凑学分，他又选修了化学，连带着学了数学。这些看似杂乱无章的选择却对他的一生影响深远。
找到问题并解决它
1941年12月，珍珠港事件后，美国加入第二次世界大战。那一年，古迪纳夫读大二。机缘巧合下，本想和同学们扛枪去前线打仗的他，因数学教授的推荐成为一名军队气象预测员。
在坚定方向之前的每一个看似彷徨的脚步，其实都踏石有印，行稳致远。二战结束后，已经拥有上尉军衔的古迪纳夫原本应该继续留在部队从事气象工作，但冥冥之中似乎有一个声音在他耳畔反复回响“这不是你该走的路”。
得知他的想法后，那位曾推荐他担任军队气象员的数学教授，再次推荐他去芝加哥大学读书。在前往芝加哥的途中，往事一幕幕从古迪纳夫的心头掠过。他觉得自己所学的文学、哲学、化学和数学之间似乎还缺少一个能将其串联起来的学科。冥思苦想后，一道灵光在他脑海里闪过——物理学。
1946年，24岁的古迪纳夫决定去学习物理。登记入学的教员得知他的情况后，感到匪夷所思：“在你这个年龄，别人该研究的都研究完了，该得的荣誉都得了。”古迪纳夫只是笑笑。30岁那年，他拿到物理学博士学位。多年以后，站在诺贝尔奖的领奖台上，他说：“我就像是乌龟，走得慢，一路挣扎，到了而立之年还找不到出路。但我知道，必须走下去。”
古迪纳夫的导师、“齐纳二极管”的发明者齐纳教授对他说：“聪明人一生只做两件事。第一是找到一个问题，第二是把问题解决掉。”这句让古迪纳夫铭记终生的话，在他此后的研究生涯中发挥了极为重要的作用。
开启能源研究新征程
54岁时，古迪纳夫应牛津大学邀请，开启了能源研究的新征程。
和古迪纳夫一起获得诺奖的惠廷汉姆此时已经研制出首个实用锂电池。锂电池比其他电池储电量大、重量轻。但锂非常活泼，与空气接触后，容易起火爆炸。
古迪纳夫心头一直萦绕着一个问题：什么物质的储电量不小于锂，并且化学性质相对惰性呢？经过反复试验和观察，1980年，古迪纳夫找到了问题的答案。钴酸锂可以解决早期锂电池容易起火爆炸的问题，而且质量更轻，容量更大，安全性更高。
古迪纳夫把这项专利送给了政府实验室。之后，索尼公司以高价收购了该项专利，奠定了今天各种便携式设备电池的基础。
古迪纳夫没有满足于此，仍然继续寻找新型材料。1983年，锰尖晶石材质跃入古迪纳夫的视野。它的分解温度高，遇氧稳定性远高于钴酸锂，即便有短路、过充现象出现，也可以有效防止燃烧、爆炸。此后的6年间，经过反复试验，古迪纳夫发现硫酸盐之类的聚电解质的正极能产生更高的电压。经过不断研究，在此基础上他发现了更加稳定、寿命更长、充电更快的磷酸铁锂，这项发现奠定了他“锂离子电池之父”的称号。
诺奖只是新的起跑线
牛津大学有一个强制性规定，要求所有在校教职工65岁必须退休。而时年64岁的古迪纳夫并不服老，于是他转去德克萨斯大学奥斯汀分校，担任机械工程和材料科学教授。
他把眼光从锂转向了钠，研究如何用钠来代替锂，希望找到几乎可以无限量获取的原材料来制造新型电池，并最大限度地利用自然界中的清洁能源来驱动人类社会的进步。
随着经济和社会发展，人类面临环境污染和能源短缺的问题，古迪纳夫将其视之为挑战，更在其中看到机遇。“锂电池作为能源，可以减少二氧化碳和污染物的排放。我们已经走在清洁能源使用的道路上，还会越走越宽。”
获得2019年诺贝尔化学奖并没有改变古迪纳夫的生活作息和行动轨迹，每天，他依然穿梭于大学的实验室，和助手们一起研究着新能源。他说：“我研究故我在，这是我生命的终极意义。”
古迪纳夫似乎并不急于做出一个成果，好给自己的职业生涯画一个圆满的句号。他说：“死亡从来不是我考虑的事情。因为无论我想与不想，它都在那里，静静地候着每一个人。而发现问题和解决问题，才是我人生最重要的两件事。”
