古迪納夫： 我97歲了，還年輕

手機、電腦、電動(dòng)汽車(chē)，在今天已經(jīng)算不上稀罕物了。它們是不同的工具，但有個(gè)共性——都有電池，而且普遍用的是鋰離子電池。鋰離子電池從面世到普及不過(guò)20多年的時(shí)間，它的背后站立的是一群精耕多年的科研人員。今年諾貝爾化學(xué)獎便授予了在鋰電池領(lǐng)域有突出貢獻的三位科學(xué)家，稱(chēng)他們創(chuàng )造了“一個(gè)可充電的世界”。

其中，打破諾獎最高齡獲獎?dòng)涗洝?7歲的約翰·古迪納夫更是功勛卓著(zhù)，被稱(chēng)為“鋰離子電池之父”。19歲參加二戰、54歲開(kāi)始電池研究、94歲投身超級電池研發(fā)，翻開(kāi)他一輩子躬身科研的人生，滿(mǎn)是傳奇。

“特別不好”的前半生

“未見(jiàn)其人，先聞其聲”，《紅樓夢(mèng)》中王熙鳳帶著(zhù)魔性笑聲的出場(chǎng)已成經(jīng)典。這個(gè)詞用來(lái)形容遠在另一片土地上的古迪納夫也恰如其分。他在九樓辦公室的哈哈大笑，能從一樓響徹到頂樓十樓，朋友說(shuō)“一英里”以外都能聽(tīng)到他的笑聲。

已滿(mǎn)頭銀發(fā)、眼窩深陷的老爺子似乎天生帶了愛(ài)笑的基因，人們說(shuō)他跟他的名字一樣特別好(古迪納夫英文為：goodenough)。但實(shí)際上，古迪納夫有著(zhù)“特別不好”的經(jīng)歷。

1922年，古迪納夫在德國耶拿出生。沒(méi)多久，一家人搬到了美國康涅狄格州郊外鄉村，耶魯大學(xué)就在幾公里之外，父親在那里教宗教史學(xué)。家境殷實(shí)，父母都是知識分子，又能親近鄉野，這樣的童年本該是快樂(lè )的，古迪納夫卻越來(lái)越內向。

在古迪納夫的記憶中，父母關(guān)系簡(jiǎn)直是一場(chǎng)災難，這場(chǎng)災難演變成對孩子的冷漠。數十年后，他 在自傳中提到對自己產(chǎn)生過(guò)積極影響的人或事，包括兄弟姐妹、一只叫馬克的狗、傭人、鄰居，唯獨沒(méi)提起父母。受此影響，10來(lái)歲的古迪納夫患上了閱讀障礙。無(wú)法在教室讀書(shū)時(shí)，他帶著(zhù)好奇心去附近的樹(shù)林探索，有次還扒了一張臭鼬鼠的皮。

他并沒(méi)有成為野孩子，相反，古迪納夫，與閱讀障礙做抗爭。12歲時(shí)，他進(jìn)入了一所私立寄宿中學(xué)，從零星的信件里得到父母不冷不熱的關(guān)心。后來(lái)，父母離婚，父親娶了研究助手，這場(chǎng)夫妻斗爭終于結束了，而古迪納夫與原生家庭的斗爭才開(kāi)始。

保持優(yōu)異成績(jì)考入大學(xué)，成為獨立的人，這是古迪納夫的逃離之路。收到耶魯大學(xué)通知書(shū)時(shí)，18歲的少年決定再忍一下，來(lái)到父親跟前要學(xué)費。父親給了他35美元，當時(shí)耶魯一年的學(xué)費大概900美元。好在校長(cháng)知曉情況后，介紹他去給富人家的孩子補習，每周工作21個(gè)小時(shí)，再加上獎學(xué)金，足以支付學(xué)費和日常生活開(kāi)支。

這之后，古迪納夫開(kāi)始一次次面臨選擇。耶魯主張通識教育，本科前兩年可隨便選感興趣的課程。古迪納夫一開(kāi)始選的是古典文學(xué)，沒(méi)多久又轉攻哲學(xué)，后來(lái)考慮到自己的閱讀障礙，接受了一位叫邁爾斯的數學(xué)教授的建議，主攻數學(xué)?？纱蠖€沒(méi)過(guò)完，二戰爆發(fā)，他再次在教授的建議下，成為了陸軍氣象學(xué)家。退伍后，又在這位老教授的推薦下，獲得國家出資在芝加哥大學(xué)攻讀物理研究生的機會(huì )。古迪納夫說(shuō)，我永遠都欠邁爾斯教授一個(gè)人情。

長(cháng)達兩年的物理學(xué)習后，古迪納夫經(jīng)歷了兩場(chǎng)長(cháng)達32小時(shí)、通過(guò)率只有10%的考試后，打開(kāi)了博士學(xué)習大門(mén)，該選擇核物理還是固態(tài)物理呢?最終，他選擇了固態(tài)物理，師從著(zhù)名物理學(xué)家齊納。初次見(jiàn)面時(shí)，齊納說(shuō)了一句影響他一生的話(huà)：你有兩個(gè)問(wèn)題，第一個(gè)問(wèn)題是找到問(wèn)題，第二個(gè)是解決問(wèn)題。古迪納夫選擇了凝聚態(tài)材料研究，從此再未離開(kāi)。

30歲博士畢業(yè)后，古迪納夫來(lái)到剛搭建一年的麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗室，和空軍簽訂了項目合同。當時(shí)軍方缺少能達到存儲要求的計算機，存儲能力不足是因為沒(méi)有適當的電子材料。所以，他開(kāi)始了磁性研究。這是他第一次接觸到鋰離子在固體中的遷移，后來(lái)又開(kāi)始了固態(tài)陶瓷的基礎研究。因為有軍方預算支撐，他在這一待就是24年，提出了古迪納夫—金森法則，為日后隨機存儲器的誕生奠定了重要基礎。

因1973年爆發(fā)的石油危機，古迪納夫看到日益突出的能源問(wèn)題，他開(kāi)始轉向能源存儲的研究。不想，1976年，軍方削減研究預算。預算被砍，古迪納夫不得不考慮去留問(wèn)題。當時(shí)，他有兩個(gè)方向，一個(gè)是去伊朗的德黑蘭大學(xué)建一個(gè)能源研究所，一個(gè)是去做牛津大學(xué)無(wú)機化學(xué)實(shí)驗室的負責人。聽(tīng)了妻子的建議，古迪納夫動(dòng)身前往英國。

牛津大學(xué)做了一個(gè)大膽的決定，聘用一個(gè)僅僅在大學(xué)期間為湊學(xué)分修過(guò)兩門(mén)化學(xué)課的人來(lái)做負責人。古迪納夫也做了一個(gè)大膽的決定，從一名數學(xué)系畢業(yè)的物理學(xué)家，搖身一變成了一名化學(xué)家，具體來(lái)說(shuō)，是電化學(xué)家。

曾“特別不好”的古迪納夫，迎來(lái)了人生的重大轉折。這一年，他54歲。

投身電池研究

來(lái)到牛津，古迪納夫開(kāi)始投身鋰離子電池研究。當時(shí)西方市場(chǎng)上已經(jīng)有了金屬鋰為電極的鋰電池，初入市場(chǎng)時(shí)它大受青睞，但不到半年，一起可怕的爆炸發(fā)生，所有電池因安全問(wèn)題被全球召回。西方市場(chǎng)嚇破了膽，對鋰電池的態(tài)度急轉直下：不管是否安全，一概棄用。

但這并沒(méi)有影響古迪納夫研究更安全鋰電池的決心。他發(fā)現鋰電池易爆炸的根源就在金屬鋰。鋰金屬表面容易形成一種小樹(shù)枝一樣的枝晶，電池使用過(guò)程中，這些枝晶會(huì )越長(cháng)越大。一旦它們大到刺破正負極間的隔膜，就可能引發(fā)安全事故。而且金屬鋰化學(xué)性質(zhì)活潑，與空氣接觸極易爆炸。想改良鋰金屬難度太大，必須要找到一種新的材料來(lái)代替。

在林肯實(shí)驗室時(shí)，古迪納夫密切接觸過(guò)金屬氧化物，他覺(jué)得用金屬氧化物做陰極，電壓更高，能量密度更大。他迅速將想法投入實(shí)踐，搜尋合適的氧化物，以確保能析出更多的鋰離子并且結構穩定。在抵達牛津四年后的1980年，古迪納夫發(fā)現了鈷酸鋰是最好的答案。在日本，同獲今年諾獎的吉野彰正在研究負極材料，他采用了古迪納夫的這一發(fā)現，以石墨材料為負極。這一來(lái)，現代鋰離子電池的基本框架就確立了。

后來(lái)，索尼買(mǎi)下了這一專(zhuān)利，將鈷酸鋰與石墨結合，開(kāi)發(fā)出了全新的可充電鋰離子電池。一經(jīng)問(wèn)世，它受到市場(chǎng)熱烈歡迎，被應用到相機、電腦、手機中，古迪納夫聲名大噪。如今，鋰離子電池市場(chǎng)價(jià)值350億美元，未來(lái)5年將增長(cháng)到1000億美元，但因當初牛津大學(xué)拒絕為此申請專(zhuān)利，古迪納夫一分錢(qián)也沒(méi)得到。不過(guò)，老爺子心態(tài)倒是很好，他說(shuō)反正當初研究也不是為了錢(qián)。

古迪納夫對鋰電池的研究并沒(méi)有就此打住。鈷酸鋰雖然提高了安全性，但也有不足之處，一是它價(jià)格貴，產(chǎn)量不高，是重要的戰略資源，用來(lái)做電池成本太高;二是使用一段時(shí)間后，性能會(huì )衰減。因而，古迪納夫繼續尋找新的實(shí)用的材料。1983年，61歲的古迪納夫再次發(fā)現一種好用的正極新材料——錳尖晶石。這種材料的氧化性遠低于鈷酸鋰，具有低價(jià)、穩定、優(yōu)良導電導鋰性能，即便出現短路的情況，也能避免燃燒爆炸的危險，安全性能大大提高。2013年，這種材料已經(jīng)被用于商業(yè)電池。

新材料繼續被尋找著(zhù)。這種執著(zhù)勁兒，其實(shí)早在古迪納夫讀書(shū)期間就可窺一二。有閱讀障礙的他，曾堅持學(xué)了六年的拉丁語(yǔ)和四年的希臘語(yǔ)。不過(guò)，新的問(wèn)題出現在這位已過(guò)花甲之年的老人面前：牛津大學(xué)有65歲強制退休的規定。

65歲就退休頤養天年，這對古迪納夫來(lái)說(shuō)實(shí)在是一種無(wú)聊至極的生活。所以，搶在被牛津“趕”出去前，他去了德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校，成為該校機械工程和材料科學(xué)教授，繼續鋰電池研究。

很多人一輩子可能就一種發(fā)明，古迪納夫卻接連不斷給電池行業(yè)帶來(lái)驚喜。1989年，他發(fā)現聚合物電解質(zhì)有電磁感應效應，采用它的正極可產(chǎn)生更高電壓;1997年，他發(fā)現磷酸鐵鋰晶體結構更穩定、壽命更長(cháng)、充電更快。古迪納夫對電池的研究，保持著(zhù)極大的熱情，“鋰離子電池之父”當之無(wú)愧。

當初研究生入學(xué)時(shí)，一位教授對他冷嘲熱諷道“真不明白你們這些退伍軍人，難道不知道但凡在物理上做出點(diǎn)名堂的，在你們這個(gè)年紀早做出來(lái)了，你現在才想著(zhù)開(kāi)始啊”?？萍夹袠I(yè)也存在年齡歧視，54歲跨進(jìn)新領(lǐng)域，成果豐碩的古迪納夫打了偏見(jiàn)者一巴掌。

新的開(kāi)始

鋰電池的潛力遠遠超出了發(fā)明者的想象。起初古迪納夫研究時(shí)，根本不知道電池會(huì )被怎么使用，更不知道會(huì )有電腦、手機這些東西。他僅僅是出于好奇心和責任感，希望能真正解決能源與環(huán)境問(wèn)題。顯然，如今它們依然是世界面臨的兩大重大課題。他常對學(xué)生說(shuō)“要做人類(lèi)需要的而非想要的事業(yè)”，這一生他都在踐行這句話(huà)。

92歲時(shí)，早已是榮譽(yù)等身的古迪納夫依然絲毫沒(méi)有休息的打算。當親人、學(xué)生擔心他的身體扛不住時(shí)，他爽朗地笑起來(lái)，“我才92歲，我的人生長(cháng)著(zhù)呢!”這時(shí)，他已經(jīng)開(kāi)始籌劃往兩個(gè)新的方向進(jìn)行研究。

第一個(gè)方向是如何用鈉來(lái)取代鋰。鋰資源在地球上很稀少，未來(lái)也會(huì )和石油資源一樣面臨枯竭危險，而且提取鋰的工藝繁瑣且成本較高。自1997年古迪納夫提出磷酸鐵鋰技術(shù)后，此后20年再無(wú)新的鋰電技術(shù)出現。而鈉在地球上含量很高，基本上可無(wú)限供應，并且，它和鋰屬于同一族元素，化學(xué)性質(zhì)相似，理論上是可以像鋰一樣用來(lái)做電池的。在林肯實(shí)驗室期間，古迪納夫就曾對鈉離子進(jìn)行過(guò)研究，但要真正在技術(shù)上實(shí)現產(chǎn)業(yè)落地還是個(gè)難題。

第二個(gè)方向是超級電池的研究。古迪納夫接受采訪(fǎng)時(shí)，多次表達他想解決汽車(chē)問(wèn)題、想讓汽車(chē)尾氣從全世界的高速公路上消失。留下一個(gè)清潔、美好的世界，這是他去世之前最想看到的。所以，他帶領(lǐng)工程師團隊著(zhù)手打造新型全固態(tài)電池，這是一種能讓電動(dòng)汽車(chē)與內燃機汽車(chē)匹敵的“超級電池”，他希望這種電池可以實(shí)現風(fēng)能和太陽(yáng)能的經(jīng)濟存儲。

2017年，古迪納夫公布了團隊研究進(jìn)展，他們研究出了能量密度和安全系數更高的固態(tài)電池。目前他們正計劃與電池廠(chǎng)商合作，開(kāi)發(fā)測試新電池。古迪納夫并不在乎潛在的巨大經(jīng)濟利益，他想的只是解決問(wèn)題。

這種對科研的認真，也反映在他的教學(xué)上。早前在麻省理工教物理時(shí)，他的第一堂課來(lái)了165人，座無(wú)虛席，可是第二堂課只來(lái)了8個(gè)人。因為太嚴格，學(xué)生都被嚇跑了。后來(lái)在牛津給本科班上課時(shí)，他的同事專(zhuān)門(mén)放一排泰迪熊在前面，保證能有更多學(xué)生來(lái)上他的課。工作上的嚴肅認真和生活上的幽默風(fēng)趣統一在古迪納夫身上，幫助他一路過(guò)關(guān)斬將到今天。

現在，古迪納夫已經(jīng)97歲了，業(yè)界對這位老前輩依然抱有信心。因為他的思維仍然活躍，思想還在突破。如今，他每周到學(xué)校工作五天、每天早上8點(diǎn)前就到實(shí)驗室，周六還要在家工作一天。古迪納夫的這股子精神勁兒，給了不少科研人力量。同獲諾獎、今年78歲的斯坦利·惠廷厄姆打趣說(shuō)，有古迪納夫在，他覺(jué)得自己還是個(gè)中年人。

去年，古迪納夫說(shuō)：我再干幾年，把這一批博士生帶到畢業(yè)。熟悉他的學(xué)生覺(jué)得等到那時(shí)候，他身體允許的話(huà)，肯定又會(huì )說(shuō)再干幾年吧。畢竟，對于古迪納夫來(lái)說(shuō)，97歲還年輕著(zhù)呢!