2023年6月26日，美國(guó)物理學(xué)家、化學(xué)家、鋰離子電池發(fā)明者之一John Goodenough去世，還有一個(gè)月，他將年滿101周歲。2019年他獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，成為當(dāng)時(shí)最年長(zhǎng)的獲獎(jiǎng)?wù)?，因其姓氏，世界認(rèn)識(shí)了這樣一位“足夠好”老爺子。他最著名的工作自然是鋰離子電池方面，而這是他54歲時(shí)才踏入的領(lǐng)域，數(shù)十年身體力行，年近百歲還身處科研一線。他也是一位重要的固體物理學(xué)家，在金屬氧化物、磁學(xué)、高溫超導(dǎo)等領(lǐng)域作出杰出貢獻(xiàn)。謹(jǐn)以此文紀(jì)念Goodenough教授，此生已good enough。

撰文?|?劉辛味

1

我們中有些人就像是烏龜；走得慢，一路掙扎，可能到了30歲還搞不明白。但這些烏龜必須繼續(xù)爬下去。

——John B. Goodenough

每天早晨8點(diǎn)前，得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校機(jī)械工程系的一間辦公室會(huì)迎來(lái)一位白發(fā)蒼蒼，精神矍鑠的老人，他就是John B. Goodenough。這位科克雷爾百年講席教授97歲——?jiǎng)倓偹⑿铝酥Z獎(jiǎng)最年長(zhǎng)獲獎(jiǎng)?wù)叩挠涗洠c惠廷厄姆（M. Stanley Whittingham）、吉野彰（Akira Yoshino）因“發(fā)展了鋰離子電池”關(guān)鍵技術(shù)共同分享了2019諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

如今，我們正在享受他們的成果——從手機(jī)、筆記本電腦到電動(dòng)汽車，乃至清潔能源的存儲(chǔ)，這種功能強(qiáng)大、可充電的電池被已經(jīng)廣泛運(yùn)用各個(gè)領(lǐng)域。諾貝爾獎(jiǎng)官方評(píng)價(jià)，“他們創(chuàng)造了一個(gè)可充電的世界”。

實(shí)際上，Goodenough是在年過(guò)半百之后才開(kāi)始研究鋰電池，以97歲高齡獲得諾獎(jiǎng)，可以說(shuō)是“足夠老”了，但依然奮戰(zhàn)在科研一線——正是因?yàn)樗X(jué)得還不夠好。

他的傳奇人生仍在繼續(xù)。

“閱讀障礙”的少年進(jìn)入耶魯

1922年夏天，Goodenough出生于德國(guó)耶拿。他的父親Erwin Goodenough當(dāng)時(shí)正在牛津大學(xué)攻讀博士學(xué)位，他相信德國(guó)醫(yī)生剖腹產(chǎn)的技藝更高超，到臨產(chǎn)時(shí)，用牛車載著自己妻子來(lái)到了耶拿。第二年，Erwin Goodenough獲得了學(xué)位，回到美國(guó)，進(jìn)入耶魯大學(xué)任教。小Goodenough的記憶便從康涅狄格州紐黑文市的郊外開(kāi)始。

左：John Goodenough與哥哥Ward；中：1930年左右的Goodenough；右：Goodenough和妹妹Hester（右）。圖源：nobelprize.org

Goodenough從小就很喜歡大自然，捉蟲(chóng)刨坑不在話下，但童年并不暢快，與他最親密的玩伴是一只名叫Mack的狗。Goodenough也很喜歡學(xué)習(xí)，可是早先讀書對(duì)他來(lái)說(shuō)比較困難——據(jù)稱他有未確診的閱讀障礙癥，因此他說(shuō)自己那時(shí)候是個(gè)“差生”。為了能追隨年長(zhǎng)自己三歲的哥哥進(jìn)入格羅頓中學(xué)（美國(guó)最頂尖的私立中學(xué)），他自學(xué)閱讀和寫作應(yīng)付入學(xué)考試，最終真的順利入學(xué)，還獲得了獎(jiǎng)學(xué)金。這讓他感嘆，“到現(xiàn)在我都覺(jué)得這是個(gè)迷！”

Goodenough認(rèn)為，中學(xué)時(shí)代嚴(yán)格的教育讓自己受益匪淺，并最終考入耶魯大學(xué)。但相比于學(xué)習(xí)，他更愛(ài)運(yùn)動(dòng)，因?yàn)檫@樣能讓他保持良好的身材以及人際關(guān)系。

美國(guó)的精英往往有著優(yōu)秀的原生家庭，Goodenough也不例外，他父親后來(lái)成為了美國(guó)著名的宗教研究學(xué)者，他的哥哥成為了著名的人類學(xué)家，讓Goodenough這一稀少的姓氏永遠(yuǎn)記錄在了歷史中。但是他們的家庭生活并不和諧，Goodenough甚至用“災(zāi)難”來(lái)形容他的父母婚姻關(guān)系。受限于宗教信仰，Goodenough的父母在他進(jìn)入大學(xué)前才離婚，父親很快娶了自己的研究助手。進(jìn)入大學(xué)后，Goodenough才感覺(jué)從這段糟糕的關(guān)系中解脫出來(lái)。

1940年，父親給了他35美元，并說(shuō)，“去吧，孩子，上大學(xué)?！?5元勉強(qiáng)可以算為學(xué)的零頭，Goodenough卻堅(jiān)定的表示自己也不會(huì)再花家里一分錢。在老校長(zhǎng)的安排下，Goodenough利用業(yè)余時(shí)間給家庭富裕的學(xué)生補(bǔ)課，Goodenough回憶說(shuō)，“為了21頓飯，我每周工作21小時(shí)?！痹偌由溪?jiǎng)學(xué)金，還有朋友們的幫助，Goodenough過(guò)上了一段不錯(cuò)的日子。

進(jìn)入大學(xué)后，Goodenough并沒(méi)有一個(gè)明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)?；蛟S是受了文科家庭的影響，他也先學(xué)習(xí)了文科類課程，但Goodenough承認(rèn)自己閱讀不行，“我不喜歡讀書，看不懂。”因此不想將來(lái)研究歷史，也不想學(xué)習(xí)法律，那時(shí)他覺(jué)得自己可以上醫(yī)學(xué)院，但對(duì)精神病學(xué)不感興趣，而對(duì)數(shù)學(xué)的興趣與日俱增。一位慧眼識(shí)珠的數(shù)學(xué)教授Egbert Miles看到了Goodenough的天賦，便鼓勵(lì)他學(xué)數(shù)學(xué)。

在耶魯，他還加入了神秘的精英組織“骷髏會(huì)”，這是耶魯大學(xué)歷史悠久的秘密社團(tuán)組織，這里誕生過(guò)多美國(guó)總統(tǒng)（一些陰謀論者甚至認(rèn)為他們把控著美國(guó)權(quán)力社會(huì)）。這讓Goodenough的傳奇人生又添了一絲神秘。

耶魯“骷髏會(huì)”，這里被稱為“墳?zāi)埂?。圖源：Independent

Goodenough和骷髏會(huì)成員合影（下圖后排右一）。圖源：nobelprize.org

不想當(dāng)物理學(xué)家的氣象學(xué)者不是好士兵

1941年冬天，Goodenough大二時(shí)，珍珠港事件爆發(fā)。他的很多同學(xué)都準(zhǔn)備入伍，Goodenough也不例外。Egbert Miles教授知道Goodenough的天賦，告訴他，“不要像所有人一樣為海軍陸戰(zhàn)隊(duì)服務(wù)。他們需要有一些有數(shù)學(xué)知識(shí)的人來(lái)進(jìn)行氣象研究?！盙oodenough并沒(méi)有被通知立即入伍，而是要完成學(xué)位。但那時(shí)候他只完成了數(shù)學(xué)系的一門課程。

僅用兩年半的時(shí)間，Goodenough從耶魯數(shù)學(xué)系畢業(yè)并獲得了學(xué)位，然后被征召入伍派到陸軍氣象部門，駐扎在葡萄牙沿海的一個(gè)小島上。由于那個(gè)年代還未發(fā)現(xiàn)“噴射氣流”，飛機(jī)總是延誤。軍事部門希望Goodenough這些氣象研究者不僅能預(yù)測(cè)天氣，還能計(jì)算飛機(jī)航班時(shí)間，以及最佳的出行計(jì)劃?？赡茏钪档靡惶岬氖牵麨楫?dāng)時(shí)載著盟軍最高統(tǒng)帥艾森豪威爾的航班提供了正確的預(yù)計(jì)達(dá)到時(shí)間。當(dāng)然，也因?yàn)闆](méi)考慮風(fēng)向，飛機(jī)在到達(dá)終點(diǎn)前就沒(méi)油了。

戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后，盡管陸軍總部來(lái)信想讓Goodenough留在部隊(duì)繼續(xù)當(dāng)氣象學(xué)家，但他還是選擇了繼續(xù)讀書——他想要學(xué)習(xí)物理。在他讀過(guò)數(shù)學(xué)家、哲學(xué)家懷特海（A.N. Whitehead）的著作《科學(xué)與現(xiàn)代世界》之后便意識(shí)到，科學(xué)對(duì)世界發(fā)展影響愈來(lái)愈強(qiáng)，他在自傳中寫道，“如果有機(jī)會(huì)，我應(yīng)該去學(xué)物理”。

軍旅生涯時(shí)的Goodenough。來(lái)源：news.uchicago.edu

1946年，當(dāng)一張派遣優(yōu)秀軍官前往芝加哥大學(xué)學(xué)習(xí)研究的電報(bào)發(fā)來(lái)后，Goodenough來(lái)到了芝加哥大學(xué)物理系。這個(gè)機(jī)會(huì)來(lái)自他那位數(shù)學(xué)教授的推薦，他希望讓有學(xué)術(shù)前途的人能繼續(xù)讀研，而這也真正改變了Goodenough的一生。

來(lái)到芝加哥大學(xué)，Goodenough仍一字不落的記得當(dāng)時(shí)登記員對(duì)他說(shuō)的話，“我不懂你們這些老兵。你們難道不知道，凡是在物理學(xué)上做出過(guò)重大成就的，已經(jīng)在你們這個(gè)年齡做過(guò)了。你想現(xiàn)在開(kāi)始嗎？”講出這段略帶嘲諷的話的人是辛普森（John A. Simpson），那時(shí)他也才30歲，從曼哈頓計(jì)劃回來(lái)沒(méi)幾年，可能他不知道自己在未來(lái)能成為著名的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。而Goodenough才24歲，他承認(rèn)，“理論物理的突破大多來(lái)自年輕人”，但后來(lái)他明白，物理需要實(shí)驗(yàn)，而這一方面所需的物理直覺(jué)和突破需要厚積薄發(fā)。

那個(gè)年代進(jìn)入芝加哥物理系的門檻極高。為了確保研究生能了解真正的學(xué)問(wèn)，被譽(yù)為物理學(xué)史上最后一位理論和實(shí)驗(yàn)全才的費(fèi)米（Enrico Fermi）負(fù)責(zé)資格考試——每天8小時(shí)，考4天。Goodenough考了兩次，第一次讓他獲得了碩士學(xué)位，而第二次通過(guò)才能獲準(zhǔn)繼續(xù)攻讀博士，這也讓他打下了牢靠的基礎(chǔ)。

到了選擇專業(yè)方向時(shí)，Goodenough發(fā)現(xiàn)費(fèi)米秘密搗鼓的世界首座核反應(yīng)堆并不適合自己，他希望學(xué)習(xí)固體物理，研究材料的性質(zhì)，便找到了另一位天才物理學(xué)家齊納（Clarence Zener，后來(lái)因發(fā)明齊納二極管而聞名）。齊納決定Goodenough做自己的學(xué)生，并告訴了他兩個(gè)問(wèn)題：“你的第一個(gè)問(wèn)題是找到問(wèn)題，第二個(gè)問(wèn)題是解決這個(gè)問(wèn)題。”Goodenough做到了這兩點(diǎn)，他研究了六方密堆積金屬晶體布里淵區(qū)邊界與費(fèi)米面的相互作用如何改變其結(jié)構(gòu)。（在動(dòng)量空間中，金屬的費(fèi)米面位置取決于導(dǎo)帶中電子密度，而布里淵區(qū)則由電子運(yùn)動(dòng)所處周期勢(shì)的平移對(duì)稱性確定。）

在一次學(xué)術(shù)會(huì)議上，他甚至得到了布里淵（Léon Brillouin）本人的指點(diǎn)，“年輕人，你弄錯(cuò)了布里淵區(qū)”。但事實(shí)上是布里淵的物理圖象錯(cuò)了，最終這項(xiàng)研究讓他在1952年獲得了博士學(xué)位。

Goodenough與妻子Irene Wiseman。圖源：nobelprize.org

為計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)內(nèi)存

畢業(yè)后，Goodenough選擇到麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室工作，主要進(jìn)行固體磁性方面的研究。這間實(shí)驗(yàn)室是由美國(guó)空軍支持下建立的，旨在建立美國(guó)第一個(gè)防空系統(tǒng)（后來(lái)的半自動(dòng)防空系統(tǒng)，SAGE）。Goodenough回憶說(shuō)，“這是一次奇妙的經(jīng)歷……他們有雷達(dá)、有通訊系統(tǒng)，但沒(méi)有數(shù)字計(jì)算機(jī)?！睂?shí)際上，當(dāng)時(shí)世界首座商用計(jì)算機(jī)還在開(kāi)發(fā)之中，也不具軍方所需的儲(chǔ)存能力，Goodenough就開(kāi)始和工程師們一起開(kāi)發(fā)了隨機(jī)存取儲(chǔ)存器中（RAM）的關(guān)鍵部件，即如今的電腦內(nèi)存。

Goodenough所在的團(tuán)隊(duì)需要找到合適的磁性材料作為存儲(chǔ)元件，解決實(shí)現(xiàn)方形磁滯回線的問(wèn)題。當(dāng)這項(xiàng)工作完成時(shí)，Goodenough的同事們有一半都離開(kāi)了實(shí)驗(yàn)室而進(jìn)入產(chǎn)業(yè)界，他們看到了這樣研究的巨大潛力。而他在林肯實(shí)驗(yàn)室一直工作了24年，在這里研究了過(guò)渡金屬氧化物，為計(jì)算器存儲(chǔ)設(shè)備發(fā)展了各種磁性材料，真正涉及了化學(xué)和材料科學(xué)的研究。這段時(shí)間里Goodenough以一名物理學(xué)家的身份探索著物質(zhì)結(jié)構(gòu)的奧秘，提出了磁性相關(guān)的理論，特別在RAM研發(fā)時(shí)發(fā)展了氧化物材料協(xié)同軌道排序概念（Jahn-Teller效應(yīng)），而隨后得到的Goodeough-Kanamori半經(jīng)驗(yàn)規(guī)則成為了后來(lái)固態(tài)物理和化學(xué)里研究的里程碑，為磁性材料的設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。他還深入研究了金屬和硫化物原子磁矩、電子行為等課題，甚至在70年代就偶然從電子行為發(fā)現(xiàn)了高溫超導(dǎo)的關(guān)鍵機(jī)制。他寫下的專著《磁性與化學(xué)鍵》，被后來(lái)研究磁性金屬的學(xué)生認(rèn)為是“圣經(jīng)”。

Goodenough的經(jīng)典著作《磁性與化學(xué)鍵》 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

事實(shí)上，Goodenough也更喜歡自己在物理學(xué)上的研究，以至于連獲得諾獎(jiǎng)時(shí)，他以為自己是關(guān)于莫特躍遷的研究，“我認(rèn)為這一過(guò)程的物理研究非常重要，我非常滿意。”當(dāng)然，他沒(méi)因?yàn)檫@樣研究無(wú)緣諾獎(jiǎng)而失望，畢竟這只是他研究生涯早期的一小部分。

54歲開(kāi)始新的研究生涯

60年代時(shí)，污染席卷美國(guó)，為了減少污染，汽車公司便已經(jīng)開(kāi)始考慮讓電動(dòng)汽車重回市場(chǎng)。事實(shí)上，汽車誕生的早期，電池發(fā)動(dòng)比內(nèi)燃機(jī)更早，但電池性能發(fā)展緩慢逐步被淘汰了。

Goodenough受邀作為福特公司的科學(xué)家，評(píng)估一種新型鈉硫電池——1969年，Goodenough首次接觸電化學(xué)和電池的研究，他開(kāi)始在離子導(dǎo)電率和能量存儲(chǔ)方面下了功夫。

最初，這項(xiàng)工作取得了不錯(cuò)的成果，但仍因?yàn)榘踩珕?wèn)題，電池不適宜在汽車上使用，被福特公司取消了項(xiàng)目?？身?xiàng)目仍帶來(lái)了諸多好處——為當(dāng)時(shí)的科學(xué)家提供了更富的知識(shí)，點(diǎn)燃了政府對(duì)能源科學(xué)的興趣。尤其到了1973年第一次石油危機(jī)，美國(guó)遭受石油禁運(yùn)，各大汽車公司開(kāi)始生產(chǎn)電動(dòng)汽車，政府的資金也開(kāi)始投入到能源相關(guān)領(lǐng)域。Goodenough在自傳中寫道，“我們對(duì)外國(guó)石油的依賴使國(guó)家變得脆弱，與受到俄羅斯的核彈威脅一樣?！?Goodenough瞄準(zhǔn)能源領(lǐng)域，準(zhǔn)備大干一場(chǎng)。

今天的林肯實(shí)驗(yàn)室。圖源：Linkedln

然而，由于林肯實(shí)驗(yàn)室受空軍資助，能源相關(guān)研究并不是空軍的責(zé)任，沒(méi)了經(jīng)費(fèi)，Goodenough知道自己該離開(kāi)了。恰好這時(shí)，牛津大學(xué)需要一位教授管理無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，他在接受采訪時(shí)說(shuō)“牛津的人很有想象力，邀請(qǐng)一位有物理學(xué)背景的非學(xué)術(shù)界人士成為實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人。”Goodenough只在研究生時(shí)學(xué)過(guò)兩門化學(xué)課，他是最合適的人選。

其實(shí)，當(dāng)時(shí)Goodenough還有另一選擇，就是前往伊朗德蘭黑大學(xué)。這個(gè)選項(xiàng)完全被他的妻子否定了，因?yàn)槟菚r(shí)伊朗正在鬧革命。

前往牛津的決定得到了妻子的支持，Goodenough說(shuō)，“這對(duì)我來(lái)說(shuō)是革命性的，因?yàn)閺倪@時(shí)起我將正式成為一名學(xué)者，而且是成為一位化學(xué)家?！蹦且荒辏珿oodenough已經(jīng)54歲，他還不知道自己將會(huì)在電池領(lǐng)域大放光彩。

鋰電池的誕生

就在同一年，在?？松梨诠镜幕萃⒍蚰吩凇蹲匀弧钒l(fā)表了一篇使用鋰陽(yáng)極和二硫化鈦陰極的電池，電池的能量密度很高，并且他制作了可讓離子穿梭的分層材料，這意味著這種電池可以充電。這篇論文讓威廷漢與Goodenough一起分享了諾獎(jiǎng)。

然而，鋰本身就是一種極為活躍的元素，甚至與氮?dú)舛寄馨l(fā)生反應(yīng)，這就對(duì)電池的生產(chǎn)制造工藝提出了很高的要求。另一方面，隨著充放電，鋰金屬表明會(huì)長(zhǎng)出枝晶，就像小“毛刺”，接觸到負(fù)極就造成了電池短路，發(fā)生自燃、爆炸甚至炸毀了實(shí)驗(yàn)室。出于安全考慮，?？松梨诜艞壛诉@個(gè)項(xiàng)目。

Goodenough卻認(rèn)為這項(xiàng)研究大有前途，物理直覺(jué)告訴他金屬氧化物比硫化物更適合制作電池的陰極，因?yàn)榻饘傺趸锬墚a(chǎn)生更高的電勢(shì)，即便他還沒(méi)想到他的發(fā)現(xiàn)有巨大“潛能”（potential）。

1980年，57歲的Goodenough領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)使用鈷酸鋰（LiCoO2）幾乎能使電力翻倍，輸出4V的電壓。鈷酸鋰是一種層狀材料，鋰原子位于氧原子和鈷原子組成的八面體結(jié)構(gòu)之間，可謂來(lái)去自如，而這一性質(zhì)正是電池所需的，并且鈷酸鋰相對(duì)于金屬鋰更溫和，枝晶問(wèn)題也得到了改善。這樣發(fā)現(xiàn)被諾貝爾獎(jiǎng)官方評(píng)價(jià)為“邁向‘無(wú)線革命’決定性的一步”。

鈷酸鋰結(jié)構(gòu)，中間紫色的小球是鋰原子，紅色表示氧原子，鈷原子在氧原子形成的結(jié)構(gòu)內(nèi)部。圖源：wiki

然而，Goodenough的發(fā)明并沒(méi)有得到西方世界重視，甚至連牛津大學(xué)自己都不愿意申請(qǐng)專利。部分原因在于，石油危機(jī)后對(duì)替代能源的研究熱度下降，再加上埃森克美孚的慘痛教訓(xùn)，導(dǎo)致Goodenough的新發(fā)現(xiàn)無(wú)人問(wèn)津，還是他自己找另一個(gè)政府實(shí)驗(yàn)室勉強(qiáng)申請(qǐng)了專利。反而日本人看到了這塊市場(chǎng)，80年代日本的電子產(chǎn)品走向了世界，正急缺輕型、可充電電池。

Goodenough設(shè)計(jì)的鋰電池陰極使用了氧化鈷使電勢(shì)幾乎翻倍。圖源：nobelprize.org

日本化學(xué)家吉野彰以Goodenough的工作為基礎(chǔ)，用鋰鈷氧化物作為陰極，開(kāi)始研究陽(yáng)極材料。他發(fā)現(xiàn)鋰離子可以被吸引到石油焦中，這種炭基材料幫助電子和離子更快的流向陰極，而且由于陰極中本身就含有鋰離子，陽(yáng)極使用石油焦，可以取代純鋰，能讓電池更安全。最終靠著吉野彰的成果研發(fā)了具有高容量，安全性俱佳的鋰電池——“鋰離子電池”真正誕生了。

1991年，索尼將鋰離子電池首次商業(yè)化，鋰離子電池成為今天我們每個(gè)人的手機(jī)的必須配件，徹底改變了我們的生活。只不過(guò)Goodenough并沒(méi)從這項(xiàng)價(jià)值數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)（當(dāng)時(shí)價(jià)值）中賺到一分錢，他當(dāng)時(shí)簽下到專利是被特許使用的。

鋰電池第二次革命引發(fā)“世界大戰(zhàn)”

Goodenough并沒(méi)停止研究高效可充電電池的腳步。當(dāng)時(shí)牛津大學(xué)規(guī)定，教授年滿65歲要退休，Goodenough覺(jué)得還為時(shí)尚早。就像他父親從耶魯退休后到哈佛圖書館找了間辦公室，1986年，Goodenough回到了美國(guó)，來(lái)到得克薩斯州奧斯汀分校機(jī)械工程系。這一來(lái)又開(kāi)啟一個(gè)長(zhǎng)達(dá)30多年工作。

在德州，實(shí)用主義者Goodenough在尋找新的電極材料的同時(shí)，將一部分精力再次轉(zhuǎn)移了基礎(chǔ)研究上，繼續(xù)從事過(guò)渡金屬氧化物的電子性質(zhì)的研究，并進(jìn)行了了超導(dǎo)相關(guān)實(shí)驗(yàn)。他覺(jué)得這些研究將帶來(lái)真正的創(chuàng)新。而他的學(xué)生們繼續(xù)尋找新型電極材料，因?yàn)殁捤徜囯姵夭⒉煌昝?。雖然性能優(yōu)良，但也存在壽命短的問(wèn)題，而且鈷作為一種戰(zhàn)略元素，成本極高。為了解決這些問(wèn)題，當(dāng)時(shí)還在牛津的Goodenough就已經(jīng)開(kāi)始領(lǐng)團(tuán)隊(duì)尋找新材料。

Goodenough的物理直覺(jué)再次告訴他具有尖晶石晶體結(jié)構(gòu)的材料可能會(huì)更合適，因?yàn)檫@類結(jié)構(gòu)可以讓鋰離子在三維空間中擴(kuò)散，提高效率。結(jié)果，他的博士后不僅發(fā)明了錳基尖晶石結(jié)構(gòu)的陰極，安全性更好且成本更低，而且還在繼續(xù)推進(jìn)的過(guò)程中偶然發(fā)現(xiàn)了另外一種結(jié)構(gòu)，橄欖石晶體結(jié)構(gòu)，用最常見(jiàn)的鐵和磷構(gòu)成磷酸鐵鋰（LiFePO4）。1997年，他們研發(fā)了具有商業(yè)潛力的磷酸鐵鋰電池，再次引發(fā)了鋰電領(lǐng)域的風(fēng)暴——真正意義上的“風(fēng)暴”。

磷酸鐵鋰的晶體結(jié)構(gòu)，白色代表鋰原子，紅色、紫色、黃色分別代表氧原子、磷原子和鐵原子。圖源：Chemical Structure

今天，磷酸鐵鋰電池廣泛運(yùn)用與儲(chǔ)能設(shè)備、電動(dòng)汽車和各種小型設(shè)備中。然而，Goodenough依然沒(méi)有從中獲利，還卷入了一場(chǎng)專利糾紛之中！

當(dāng)Goodenough發(fā)現(xiàn)磷酸鐵鋰將再次引發(fā)能源革命時(shí)，想申請(qǐng)專利，結(jié)果發(fā)現(xiàn)已經(jīng)被搶先了。原來(lái)，他手下的一名日本“打工仔”將研究泄露了出去，他本來(lái)就是日本電信電話公司（NTT）的雇員，借著向Goodenough團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)的名義來(lái)到了團(tuán)隊(duì)，他并沒(méi)有遵從保密的協(xié)議。在專利糾紛中，最先制成新材料的人成為了關(guān)鍵人物，他就是當(dāng)時(shí)的一名博士后帕迪（Akshaya Padhi），他卻拒絕了幫助Goodenough證明。兩人“狼狽為奸”把研究?jī)?nèi)容透露給了NTT公司，賺了大錢。

在專利糾紛中，Goodenough只能無(wú)奈的表示自己身邊被安插了間諜。由于對(duì)電池的一點(diǎn)改進(jìn)都會(huì)牽扯到專利中，多家商業(yè)巨頭都被攪了進(jìn)來(lái)，讓這場(chǎng)專利戰(zhàn)爭(zhēng)愈演愈烈，堪稱鋰電的世界大戰(zhàn)。Goodenough沉默在浪潮中，直到德州大學(xué)奧斯汀分校與NTT公司和解。

不想退休等死

幸好，今天人們把發(fā)現(xiàn)磷酸鐵鋰的功勞歸功于Goodenough，這項(xiàng)他75歲時(shí)做出的成就，徹底改變了電池世界的格局。

一般人到這里，或許就該知足了，可是Goodenough覺(jué)得過(guò)去的工作還“不夠好”。目前學(xué)界認(rèn)為，鋰離子電池發(fā)展已經(jīng)接近極限，Goodenough還想尋找更好的電池。90歲時(shí)，他把目光放在了全固態(tài)電池上——使用固態(tài)電解質(zhì)的電池，具有安全性能更好，能量密度更高，體積更小的優(yōu)勢(shì)。電池領(lǐng)域群雄逐鹿，這是Goodenough的選擇。目前，Goodenough已經(jīng)有了一些成果，即使受到一些爭(zhēng)議，可他完全沒(méi)停下來(lái)的意思。

在辦公室內(nèi)指導(dǎo)學(xué)生。來(lái)源：news.uchicago.edu

Goodenough知道自己并不是唯一有實(shí)力解決電池問(wèn)題的人，也不確定自己能否成功，但是“我不想退休等死，我相信我們正在努力的事情非常重要?！?年前，還他說(shuō)自己只有92歲，還有時(shí)間，希望解決更長(zhǎng)遠(yuǎn)的能源問(wèn)題，他說(shuō)：“我們必須在不久的將來(lái)從對(duì)化石燃料的依賴過(guò)渡到對(duì)清潔能源的依賴?！薄八赃@就是我去世之前要做的事情，留下一個(gè)更清潔，更美好的世界?！睘榱诉_(dá)成這一遠(yuǎn)大目標(biāo)，他決定在102歲時(shí)再退休。

回顧自己的研究經(jīng)歷，Goodenough說(shuō)，“科學(xué)研究通常是跨學(xué)科的，物理學(xué)、化學(xué)和工程學(xué)通常是相互涉及的，這為我提供了真正朝材料科學(xué)和工程方向發(fā)展的機(jī)會(huì)?！彼J(rèn)為自己是，“受過(guò)固體物理學(xué)培訓(xùn)的材料科學(xué)家，與化學(xué)家和陶藝家（研究電池事用到了陶瓷材料）一起合作，在物理、化學(xué)和材料工程之間架起了一座橋梁。”

生活中，Goodenough是個(gè)開(kāi)朗的人，“哈-哈-哈”，夸張的笑聲常常回蕩在辦公樓的走廊里。直到2018年骨折前，他還每天開(kāi)車40分鐘上班，保持著每周近50小時(shí)的工作時(shí)間。除了科研，為數(shù)不多的愛(ài)好就是爬山，年輕時(shí)他與妻子懷斯曼（Ireen Wiseman）走過(guò)了走過(guò)不少地方，他們兩人在芝加哥大學(xué)相識(shí)，共度一生，沒(méi)有孩子，Goodenough說(shuō)，“我們擁有彼此”。

Goodenough和妻子Wiseman在一起。圖源：bbs.creaders.net

在Goodenough的辦公室中，掛著一張巨大的壁毯《最后的晚餐》。令人意想不到的，他一生從事科學(xué)，卻是一名虔誠(chéng)的基督徒，信仰并未阻礙他的研究，反而成為了一種內(nèi)在的動(dòng)力和熱愛(ài)。

很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，Goodenough是一名諾獎(jiǎng)陪跑者，他卻說(shuō)，“我才九十多歲，還有時(shí)間”?，F(xiàn)在，榮譽(yù)終于降臨，足夠好！

參考資料

[1] Goodenough, John B. (2008). Witness to Grace.

[2] Yoshino A. The birth of the lithium‐ion battery[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2012, 51(24): 5798-5800.

[3] Scientific Background on the Nobel Prize in Chemistry 2019 Lithium-ion Batteries

[4] 圓的方塊. Goodenough：讓不夠好的世界足夠好

[5]?https://cen.acs.org/people/profiles/Podcast-97-lithium-ion-battery/97/i35

[6]?https://www.chemistryworld.com/features/goodenough-rules/8099.article

[7]?https://qz.com/338767/the-man-who-brought-us-the-lithium-ion-battery-at-57-has-an-idea-for-a-new-one-at-92/

[8]?https://mag.uchicago.edu/science-medicine/his-current-quest

https://news.uchicago.edu/story/john-b-goodenough-shares-nobel-prize-invention-lithium-ion-battery

[9]?https://www.nature.com/articles/d41586-019-03079-1

[10]?https://www.aarp.org/home-family/personal-technology/info-2019/nobel-prize-john-goodenough.html

[11]?https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2019/goodenough/interview/

[12]?https://alcalde.texasexes.org/2015/07/the-inventor/

[13]?https://www.datacenterdynamics.com/analysis/restless-inventor/

[14]?https://www.eternitynews.com.au/world/winners-of-this-years-nobel-prizes-follow-jesus/

[15]?http://bbs.creaders.net/life/bbsviewer.php?trd_id=1433358&blog_id=358163

[16] https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2019/goodenough/biographical/

本文原發(fā)于《北京科技報(bào)》（科技生活）2019年11期，經(jīng)作者修訂發(fā)表于《返樸》。