手机没“炸”多亏他，半路出家搞物理玩电池，一跃成为锂电之父
锂电池曾与晶体管一起被认为是电子界最伟大的发明，晶体管的发明者巴丁也因此获得了诺贝尔奖。
锂电池虽然没有什么名气，但它确实填补了电子行业的能源空白，并在当时掀起了巨大的热潮。
20世纪50年代的广州电池厂
但如今电池技术已经成为技术发展的最大短板，手机续航能力越来越短是最直观的感受。
相比其他技术的快速增长，锂电池技术却始终处于停滞状态，电池效率每次仅提升7%至8%，鲜有重大突破。
为了使电池能够应对惊人的功耗增长，人们不得不寻找其他方法来增加电池的尺寸，并想出快速充电、无线充电等技术。
锂电池的本质并没有改变，不尽如人意的存储容量以及安全性问题依然是让科学家们头疼的问题。
CPU的性能不知道提高了多少倍，但是锂电池还是那个锂电池。
事实上，如果没有“足够好”先生，锂电池甚至可能不会达到目前的水平。
“足够好”先生的真名是约翰·古迪纳夫（John ），这个英文名也是他被称为“足够好”的原因。
他已经在电化学领域耕耘了48年，47岁第一次接触电化学的时候，锂电池还是易燃、爆炸的代名词。
在随后30年的研究生涯中，他不断发现更加合适的锂电池正极材料，使得锂电池更加安全、实用。
如今看到锂电池发展不力，这位95岁的老人又不得不再次出面。
古德纳夫，约翰·B.
古迪纳夫在一个富裕的家庭长大，但他的童年却极其压抑。
他的父亲是大学历史老师，受过高等教育，但不善于照顾家庭，最终与母亲离婚，娶了一名研究助理。
恶劣的家庭环境让古迪纳夫极为厌恶，他只想考上一所足够远的大学，逃离家。
古迪纳夫考入耶鲁大学之后，他的本性彻底放飞了。
他先是学习古典文学，后来转到哲学，为了补足学分，他还额外选修了两门化学课程。
后来，一位数学教授认为他很有天赋，适合学数学，他被夸奖得眼花缭乱，转而学习数学。
他最终从耶鲁大学毕业，获得数学学士学位。
20 世纪 30 年代的耶鲁校园
得益于聪明才智和天赋，古迪纳夫并没有因为频繁更换专业而忽视学业。
但毕业之后，他反复无常的思想使他很难找到适合自己的工作。
此时第二次世界大战爆发，古迪纳夫加入了美国空军，并被派往太平洋的一个岛屿收集气象数据。
求职的经历让他意识到了自己的问题所在，开始考虑选择一个方向，然后坚持下去。
20世纪中叶，正是物理学蓬勃发展的时代，这深深吸引了古迪纳夫。
从海军退役后，古迪纳夫来到芝加哥大学，决心学习物理学。
当时一位教授警告他，他年纪太大了，已经过了取得成功的年龄。
事实确实如此，爱因斯坦26岁提出相对论，玻尔28岁提出玻尔模型，而古迪纳夫此时已经30岁了。
幸好，古迪纳夫早已不再是大学时的那个他，他坚定地选择继续学习物理。
在攻读博士学位期间，他的导师是物理学界大名鼎鼎的克拉伦斯·齐纳 ( Ziner*)。
当时古迪纳夫的研究领域是固体物理，在导师的指导下，他的物理基础异常扎实。
*注：齐纳因在30岁时发明二极管而闻名。
克拉伦斯·齐纳
毕业后，古迪纳夫被推荐到麻省理工学院林肯实验室工作。
在这里他主要负责固体磁性相关的研究，发现了材料中磁交换的规律*。
也是在这个时候，他第一次接触到了电池，不过他研究的是钠硫电池。
*注：这条定律以他和他的伙伴们的名字命名——定律，而这项技术最终发展成为计算机记忆技术。
福特的钠硫电池，来自 1966 年的专利申请
早在1780-1800年，伏打发明了伏打电堆，人们就开始关注电能。
1859年，汽车仍以铅酸电池*为主要能源，随着电子点火装置等一系列发明的出现，汽油逐渐占据上风，电力被取代。
但依赖化石燃料作为能源总是让人对未来感到担忧，人们总是希望有一种电池能够取代化石燃料作为主要能源。
因此，大量的电池研发项目不断涌现，电池研发成为一种时尚。
*注：铅酸电池以铅为电极，硫酸为电解液，与其他电池相比，能量密度较低，循环寿命不长。
电池的三大要素是正极、负极、电解液，如果想提高电池的性能，就必须改善这三者。
当负极发生氧化反应，放出电子，同时正极发生还原反应，从负极接收电子，从而产生电流。
因此，如果两个电极能够发射和接收大量电子，则发电效率将会提高。
或者也可以通过充电的方式补充电池里的电量，在需要的时候再释放电流，这样也可以提高电池的效率。
当时，几乎所有的电池研究都在朝着这些目标努力。
锌铜原电池示意图
在研究钠硫电池之后，古迪纳夫对能源材料的研究产生了兴趣。
而恰逢此时美国受到阿拉伯石油禁运的影响，能源储备问题被不断放大。
美好的前景，更加坚定了古迪纳夫研究电池的想法。
1976年，古迪纳夫受牛津大学邀请，担任无机化学教授。
同年，英国化学家在电池领域取得了惊人的进步。
他和他的同事发现锂离子可以在电极之间来回穿梭，从而实现室温下的充电和运行。
随后，新型锂电池研发成功，其重量轻、功率容量大，彻底碾压市场上的碳锌电池和镍镉电池。
1982 年，古迪纳夫 (前排左二) 和他的同事在牛津大学
加拿大Moli公司率先采取了这一举措。
他们大规模生产锂电池，销往世界各地，并瞬间占领了全球电池市场。
但不到半年时间，锂电池起火爆炸的消息不断传来，摩力不得不迅速召回所有电池。
经过此事，摩力公司一度衰落，并被日本NEC公司收购。
锂电池为何存在如此严重的安全风险？
原来，锂电池在使用过程中，锂金属表面会逐渐析出锂晶体，这些晶体呈树枝状或者针状，所以又被称为锂枝晶。
尖锐的树枝状晶体可能会刺穿电池正负极之间的隔膜，造成电池内部短路，导致电池起火。
锂枝晶
这个问题引起了古迪纳夫的思考，他在林肯实验室时，因实验需要，对金属氧化物材料的性能进行了广泛的研究。
根据他的理论，他推测氧化物电极可能能够克服这些问题。
他说到做到，和两名博士后助理开始有条不紊地研究金属氧化物的结构，不断记录各种数据。
经过四年的不断实验，古迪纳夫和他的团队终于发现了一种名为钴酸锂的材料。
钴酸锂独特的晶体结构使得它比金属锂更加温和，改善了枝晶问题。
不仅如此，这种氧化物还能提高电池的工作电压并增加电池的存储容量。
钴酸锂的特殊结构使锂原子能够快速流动
两年后，古迪纳夫的实验室发现了另一种更稳定、更便宜的材料——锂锰氧化物。
但或许是因为摩力之前的经历，这次没有一家公司愿意尝试任何新的锂电池技术。
直到1991年，索尼才与古迪纳夫达成合作，利用自主研发的负极材料石墨与钴酸锂结合，开发出理想的可充电锂电池。
古迪纳夫实验室外竖立的纪念钴酸锂发现的牌匾
新电池一经问世，直接改变了电子行业的格局。
索尼将可充电锂电池引入相机、随身听、CD播放器等便携式电子设备，立即在全球流行起来。
锂离子电池开始投入生产，笔记本电脑和手机也采用了这些技术，形成了每年数十亿美元的产业。
谁也没有想到，古迪纳夫会在70岁时实现人生的大满贯。
妈妈
但古迪纳夫并不满足于现状，因为他知道，锂电池的安全风险并没有真正消失。
他和他的实验室继续进行实验，1997 年，古迪纳夫告诉他的助手们他的研究的大致方向，然后就去度假了。
这是一次美好的假期。当古迪纳夫回到实验室时，他的助手告诉他，他发现了另一种适合商业化的锂离子正极材料——磷酸铁锂。
实验室发现的晶体结构图
谁也没有想到，锂电池的三项改进竟然全部出自同一位教授——一位30岁才进入该领域的老科学家。
各种奖项不断敲响古迪纳夫的大门：
2009年，他获得英国皇家化学学会颁发的费米奖和约翰·B奖（以他的名字命名）。
2013年，他从奥巴马手中亲自获得了国家科学奖章。
但坏事也不少，他几乎年年都获得诺贝尔奖提名，但年年都与诺贝尔奖失之交臂。
不过，作为诺贝尔奖亚军，他却一点儿也不觉得迷失，他曾说：有些人就像乌龟，走得很慢，找不到路，但能一直往下爬。
如今古迪纳夫已经95岁了，但他没有退休的打算。
我们每天还在进行实验，今年还在从事超级电池的研发。
目前已经有不少实验室开始了超级电池的研究，但要找到一种能量密度高、安全性好、循环寿命长、无记忆性、对环境无污染的电池又谈何容易呢？
古迪纳夫设想了一种全固态电池解决方案，并提出了一些想法。
据说，古迪纳夫对于电池质量每年只进步一点点感到非常失望，所以他决定自己采取行动。
有些人可能认为创新是年轻人擅长的事情。例如，硅谷就具有强烈的年轻人崇拜。
老人根本不屑这样的想法，他曾说：我才92岁，时间还大把呢。
*参考
致格蕾丝 (2008)，约翰·B 自传。
史蒂夫，57岁使用-ion的人在92岁时有了新的想法[OL] .: 2015.2.5 .
《专访锂电池之父：在交流中勇于暴露自己的无知》材料人网采访。
黄彦宇. 锂电池发展简史[J]. 物理,2007,36(08).
电池，维基百科。2017.9.13。
作者为网易新闻、网易云音乐签约作者《各有各的态度》
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