电池界最闪耀的星——致敬锂电池传奇人物古迪纳夫

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John B. Goodenough

随着电气化革命的到来,动力电池当仁不让成为代表之一,走入了电动汽车、储能、电子设备等各行各业。然而,到底谁发明创造了动力电池?为什么要发明动力电池呢?

跟随小编的脚步,让我们走近锂电池之父——John B. Goodenough(约翰·班宁斯特·古迪纳夫)。

1922年7月25日,古迪纳夫在美国出生他有一个年长三岁的哥哥,其父是大学历史老师,家庭生活富足。

然而天有不测风云,古迪纳夫患有先天读写困难症,这令他在青少年时期学习起来非常艰难。但尽管如此,古迪纳夫还是克服了种种困难,考入耶鲁大学。1943年,他获得了数学学士学位,以班上最优异的成绩毕业。

这些似乎和动力电池没半毛钱关系,但其实克服困难、坚持钻研的精神一直伴随着古迪纳夫的成长。

古迪纳夫读大学期间为科学哲学所吸引,决定攻读物理课题,科学研究的种子就此埋下。

不过天不遂人愿,当时正值二战期间,古迪纳夫没再进修而是转身投入战争,他毅然加入美国空军,作为气象专家在美国陆军航空部队工作。

在服兵役期间,古迪纳夫读了Whitehead 著的 《Science and the Modern World》(《科学与现代世界》),这激励着他不放弃物理的梦想,并发誓战后有机会一定要学习物理。

1948年退役后,经过不懈努力,古迪纳夫考进芝加哥大学,主攻固体物理,师从大名鼎鼎的齐纳二极管的发明人、诺贝尔奖获得者——Clarence Zener,这对他未来钻研动力电池材料研究起到了相当大的作用。

1952年,古迪纳夫获得固态物理博士学位。随后,他进入林肯实验室进行关于内存的材料物理研究。更重要的是,古迪纳夫在此期间,第一次接触到了锂离子在固体中的迁移,随后开始固态陶瓷的基础研究。

中国有句古话,人过五十天过午。但古迪纳夫的人生转机却正发生在他54岁这一年。

1976年,古迪纳夫进入牛津大学任教并兼任无机化学研究负责人,借此展开了对固体化学的研究。他主要研究可用于能量转换的新材料,并提出了碱金属离子固态电解质的构架结构概念,由此获得了以尖晶石层状结构氧化物作为阴极的锂离子二次电池的基本专利。

如果可以顺利发展下去,也许如今的动力电池产业格局会是西方压倒式入侵东方。然而“剧情”发展就是这么“跌宕起伏”。

当时的西方市场其实已经有了金属锂作为电极的锂电池,非常受市场青睐,这项技术被掌握在一家名为Moli Energy的加拿大公司手中,该公司本以为能发大财,却没想到电池发生了爆炸事故

受此事件的影响,当时正研究钴酸锂正极材料的古迪纳夫一再表示,其安全系数比金属锂更高,不太可能发生类似事故。但显然西方市场被爆炸吓破了胆,态度就是管你多安全,一概弃用

都说“上帝为你关上一道门,也会为你打开一扇窗。”古迪纳夫的钴酸锂研究,与日本索尼产生了“化学效应”。

1980年,索尼研发出了锂电池可用的石墨负极材料,但苦于没有合适的正极与之匹配,无法制成锂离子电池。

正在“挠头”时,古迪纳夫研究的钴酸锂对索尼来说简直就像一道亮光闪现出来。很快,索尼将钴酸锂和石墨结合,开发出了全新的可充电锂电池。这种锂离子电池一经问世立刻受到市场欢迎,古迪纳夫也由此声名大噪。

随着时光推移、市场发展和技术突破,钴酸锂由于结构不稳定等问题,渐渐无法满足需求,市场急需替代产品出现。

古迪纳夫也关注到了这一点。1983年古迪纳夫和M.Thackeray等人在研究中发现,锰尖晶石是优良的正极材料,具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高,且氧化性远低于钴酸锂,即使出现短路、过充电,也能够有效避免燃烧、爆炸的危险,大大提高了锂电池的安全性。

本该安享晚年的古迪纳夫没有退居二线,而是选择在1986年担任美国德州大学奥斯汀分校机电工程学院的终身教授,并担任该校材料科学与工程中心负责人。参与研发了固体氧化物燃料电池(SOFC)的新型电解质和电极材料,并对电子从集中变为流动交互行为的物理现象做出了解释。

1997年,75岁高龄的古迪纳夫又开发出了低成本的磷酸铁锂LiXFePO4正极材料,加快了锂离子电池的商业化。

看到这里,你是不是以为古迪纳夫已经达到事业巅峰可以衣锦还乡了?现实并非如此,痴迷动力电池材料研究的他再次启程,为了提高动力电池的安全性和稳定性,古迪纳夫投入到全固态电池的研究工作中。

如今全固态电池已慢慢成为电动化市场的新宠,很多动力电池企业都参与其中,虽然仍处于起步阶段,但对全固态电池的发展充满了信心。

今年,古迪纳夫已是97岁高龄,依然醉心在研究中,继续前进。

在去年的一次受访中,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。我希望死前能看到这一天。我今年 96 岁,还有时间。”

是的,还有时间,作为动力电池产业中的一员,愿我们所有业界同仁也都能够如古迪纳夫一样,不枉此生、勤奋耕耘、认真钻研,踏实前进。

来源:电池中国

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