6月26日,鋰離子電池的共同發明者、2019年諾貝爾化學獎的共同獲得者約翰·班尼斯特·古迪納夫 (John Bannister Goodenough) 去世,享年100歲。這一消息得到了他的學生古拉斯·格倫迪什(Nicholas Grundish) 確認。

古迪納夫是著名的固體物理學家,也是電池正極材料鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰的發明者。2019年獲得諾貝爾化學獎的他,已是97歲高齡,成爲了獲獎時年齡最大的諾貝爾獎得主。

經歷了百年滄桑的古迪納夫,一生可稱爲傳奇。他生於1922年7月25日,幼年在寄宿制的格羅頓學校學習,雖然患有閱讀困難但依舊順利畢業並拿到獎學金,於1940年進入耶魯大學。

在耶魯大學,他先是學習古典文學,後又轉而攻讀哲學,爲了湊學分,他還多選修了兩門化學課,最終專修數學。

1944年,古迪納夫取得數學學士學位,以優異成績從耶魯大學畢業,後報名空軍參加了二戰,回國後於1952年在芝加哥大學獲得物理學博士學位,其指導教授齊納(Zener)是美國著名的應用物理學家,在超導、軟物質、冶金學等等領域均有建樹。

此後二十多年,古迪納夫就職於麻省理工學院林肯實驗室,主要從事開發隨機存取磁記憶體(RAM)的跨學科研究。在此期間,他開發了氧化材料中的合併軌道排序概念,制定了材料磁性超交換標誌的規則。

除此之外,他還對高效電化學工廠、氧化物工程、鈉離子快速運輸骨架等工作有所研究,這些對基礎材料的研究,奠定了他之後成爲“鋰電池之父”的基礎。

1976年,古迪納夫前往牛津大學擔任無機化學實驗室負責人,彼時54歲的他,開啓了一項改變世界的研究,確定並開發了LixCoO2作爲鋰離子電池的正極材料,該材料現在仍被廣泛使用。

上世紀70年代,關於電池技術和材料的研究正處在探索之中。1976年,在埃克森美孚工作的英國科學家斯坦·惠廷厄姆(Stan Whittingham)提出使用二硫化鈦層狀材料做嵌鋰材料,實現鋰離子的嵌入嵌出的概念,並發表在世界權威期刊《Science》上。

加拿大Moli Energy公司以該技術路線生產大量鋰電池,但這些鋰電池穩定性差、高度易爆,後被召回並導致該公司被日本NEC公司收購。

當時,古迪納夫所在的林肯實驗室由美國空軍資助,研究內容受到空軍限制。在得知牛津大學化學系無機實驗室的工作機會後,選擇跳槽加入。

此後數年間,古迪納夫將研究重點放在鋰離子脫嵌氧化物上,1980年,他的課題組發表了題爲“Solid-Solution Oxides for Storage-Battery Electrodes”(用於蓄電池電極的固溶體氧化物)的文章,該文首先討論了電極脫嵌鋰離子電極材料的電化學模型,文中提出使用金屬氧化物替代硫化鈦作爲電池正極材料,並首次嘗試了使用鋰鈷氧化物作爲電池正極。

這一文章的發表,拉開了鋰鈷氧化物作爲鋰離子電池正極材料研究的序幕。此後,一篇題爲“LixCoO2(0<x≤1): A New Cathode Material for Batteries of High Energy Density”(一種新型高能量密度電池正極材料)的文章,標誌着實用化的鋰離子電池正極材料零的突破。

此後,他及所在的課題組對鋰鐵氧化合物、鋰錳氧材料、鋰鈦氧材料、鋰釩氧材料以及鋰稀土硒碲化合物進行了研究。最終發現,鋰錳氧是一種穩定而且具有優良的導電、導鋰性能的材料,其分解溫度高,且氧化性遠低於鈷酸鋰。

在牛津大學的這段時間,除材料領域之外,古迪納夫在無機光敏染料、金屬氧化物的光催化以及鐵硫化物、電極測試方法、新研究手段、電池性能測試以及燃料電池與金屬空氣電池等等內容進行了研究。

其中,鈷酸鋰正極材料的出現,爲索尼鋰離子電池的商業化提供了基礎,世界上第一款商用鋰電池由此在1991年誕生。

古迪納夫1986年從牛津退休,但是其科研工作並未止步,64歲的他來到德州大學奧斯汀分校繼續開展科研工作。此後一年時間他就發表了8篇文章中,共有5篇有關新型超導材料,餘下3篇則涉及鐵氧化物。

在1987-1995年間,古迪納夫的團隊先後對鐵與其他金屬及非金屬共同組成氧化物晶體的性質進行了表徵與研究,比如硫酸鐵,鉬酸鐵,塢酸鐵,釩鐵氧化物等等,此後他將研究重點放在了超導材料,燃料電池的氧負離子電解質以及燃料電池中質子交換膜材料設計等方面。

直到1997年,75歲的古迪納夫發表題爲“Phospho-olivines as positive-electrode materials forrechargeable lithium batteries”(磷橄欖石作爲可充電鋰電池正極材料)的文章,首次提出並驗證了使用橄欖石結構的磷酸鐵鋰材料作爲鋰離子電池正極的構想,這一研究打破了正極副族金屬材料丰度均較低而價格昂貴的限制。

此後的近十年時間裏,古迪納夫在磷酸鐵鋰的研究主要在材料的改進以及材料性能衰減方面。

在電池研究方面,已逐漸高齡的古迪納夫始終走在技術最前沿,包括現在討論較多的液流電池、固態電池材料等等。2015年,還未獲得諾獎的古迪納夫對其傳記作者史蒂夫·勒文(Steve LeVine)說,“我只有92歲,我還有很長的路要走。”

隨着電動車和儲能應用的興起,鋰電池正成爲世界新舊動能轉換的頂樑柱,古迪納夫無疑是促成這一歷史性轉變的關鍵人物。

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