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電池界最閃耀的星——致敬鋰電池傳奇人物古迪納夫

2月
04
2019

2019年2月04日01時 地礦科技宣傳員

地礦科技宣傳員

來源丨電池中國網 吳迪

導讀

飲水定當思源,隨著新能源行業的發展,動力電池成了代表。然而到底是誰發明創造了動力電池呢?

John B. Goodenough

隨著電氣化革命的到來,動力電池當仁不讓成為代表之一,走入了電動汽車、儲能、電子設備等各行各業。然而,到底誰發明創造了動力電池?為什麼要發明動力電池呢?

跟隨小編的腳步,讓我們走近鋰電池之父——John B. Goodenough(約翰·班寧斯特·古迪納夫)。

1922年7月25日,古迪納夫在美國出生。他有一個年長三歲的哥哥,其父是大學歷史老師,家庭生活富足。

然而天有不測風雲,古迪納夫患有先天讀寫困難症,這令他在青少年時期學習起來非常艱難。但儘管如此,古迪納夫還是克服了種種困難,考入耶魯大學。1943年,他獲得了數學學士學位,以班上最優異的成績畢業。

這些似乎和動力電池沒半毛錢關係,但其實克服困難、堅持鑽研的精神一直伴隨著古迪納夫的成長。

古迪納夫讀大學期間為科學哲學所吸引,決定攻讀物理課題,科學研究的種子就此埋下。

不過天不遂人願,當時正值二戰期間,古迪納夫沒再進修而是轉身投入戰爭,他毅然加入美國空軍,作為氣象專家在美國陸軍航空部隊工作。

在服兵役期間,古迪納夫讀了Whitehead 著的 《Science and the Modern World》(《科學與現代世界》),這激勵著他不放棄物理的夢想,並發誓戰後有機會一定要學習物理。

1948年退役後,經過不懈努力,古迪納夫考進芝加哥大學,主攻固體物理,師從大名鼎鼎的齊納二極體的發明人、諾貝爾獎獲得者——Clarence Zener,這對他未來鑽研動力電池材料研究起到了相當大的作用。

1952年,古迪納夫獲得固態物理博士學位。隨後,他進入林肯實驗室進行關於內存的材料物理研究。更重要的是,古迪納夫在此期間,第一次接觸到了鋰離子在固體中的遷移,隨後開始固態陶瓷的基礎研究。

中國有句古話,人過五十天過午。但古迪納夫的人生轉機卻正發生在他54歲這一年。

1976年,古迪納夫進入牛津大學任教併兼任無機化學研究負責人,藉此展開了對固體化學的研究。他主要研究可用於能量轉換的新材料,並提出了鹼金屬離子固態電解質的構架結構概念,由此獲得了以尖晶石層狀結構氧化物作為陰極的鋰離子二次電池的基本專利。

如果可以順利發展下去,也許如今的動力電池產業格局會是西方壓倒式入侵東方。然而「劇情」發展就是這麼「跌宕起伏」。

當時的西方市場其實已經有了金屬鋰作為電極的鋰電池,非常受市場青睞,這項技術被掌握在一家名為Moli Energy的加拿大公司手中,該公司本以為能發大財,卻沒想到電池發生了爆炸事故。

受此事件的影響,當時正研究鈷酸鋰正極材料的古迪納夫一再表示,其安全係數比金屬鋰更高,不太可能發生類似事故。但顯然西方市場被爆炸嚇破了膽,態度就是管你多安全,一概棄用。

都說「上帝為你關上一道門,也會為你打開一扇窗。」古迪納夫的鈷酸鋰研究,與日本索尼產生了「化學效應」。

1980年,索尼研發出了鋰電池可用的石墨負極材料,但苦於沒有合適的正極與之匹配,無法製成鋰離子電池。

正在「撓頭」時,古迪納夫研究的鈷酸鋰對索尼來說簡直就像一道亮光閃現出來。很快,索尼將鈷酸鋰和石墨結合,開發出了全新的可充電鋰電池。這種鋰離子電池一經問世立刻受到市場歡迎,古迪納夫也由此聲名大噪。

隨著時光推移、市場發展和技術突破,鈷酸鋰由於結構不穩定等問題,漸漸無法滿足需求,市場急需替代產品出現。

古迪納夫也關注到了這一點。1983年古迪納夫和M.Thackeray等人在研究中發現,錳尖晶石是優良的正極材料,具有低價、穩定和優良的導電、導鋰性能。其分解溫度高,且氧化性遠低於鈷酸鋰,即使出現短路、過充電,也能夠有效避免燃燒、爆炸的危險,大大提高了鋰電池的安全性。

本該安享晚年的古迪納夫沒有退居二線,而是選擇在1986年擔任美國德州大學奧斯汀分校機電工程學院的終身教授,並擔任該校材料科學與工程中心負責人。參與研發了固體氧化物燃料電池(SOFC)的新型電解質和電極材料,並對電子從集中變為流動交互行為的物理現象做出了解釋。

1997年,75歲高齡的古迪納夫又開發出了低成本的磷酸鐵鋰LiXFePO4正極材料,加快了鋰離子電池的商業化。

看到這裡,你是不是以為古迪納夫已經達到事業巔峰可以衣錦還鄉了?現實並非如此,痴迷動力電池材料研究的他再次啟程,為了提高動力電池的安全性和穩定性,古迪納夫投入到全固態電池的研究工作中。

如今全固態電池已慢慢成為電動化市場的新寵,很多動力電池企業都參與其中,雖然仍處於起步階段,但對全固態電池的發展充滿了信心。

今年,古迪納夫已是97歲高齡,依然醉心在研究中,繼續前進。

在去年的一次受訪中,古迪納夫曾說「我想解決汽車的問題。我想讓汽車尾氣從全世界的高速公路上消失。我希望死前能看到這一天。我今年 96 歲,還有時間。」

是的,還有時間,作為動力電池產業中的一員,願我們所有業界同仁也都能夠如古迪納夫一樣,不枉此生、勤奮耕耘、認真鑽研,踏實前進。


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