我們有些人就像是烏龜,走得慢,一路掙扎,到了而立之年還找不到出路。但烏龜知道,他必須走下去。”
——John·B·Goodenough
不如就從他年輕時的經歷說起吧
很多人會查自己出生那年發生過什麼,好暗地裡給自己的誕生一種天命昭彰的證明。如果古迪納夫(John B. Goodenough,當然你也可以叫他足夠好先生,我想他不會有意見)翻開他出生的1922年,會發現此時科學正在以一種肉眼可見的速度增長:波爾因為闡明原子結構得到了諾貝獎,BBC開始了跨洋無線電廣播,人造胰島素被成功提取。物理、化學、生物眾多學科正在取得突破,同時,一大批嶄新的學科正在被建立——科學界一片生機勃勃。
然而,這一切似乎跟古迪納夫關係不大。他的父親是大學歷史老師,他還有一個年長三歲的哥哥。雖然家境富足,但他的童年似乎並不開心,按他的說法,自己童年唯一的玩伴叫Mack,是一條狗[1]。天才的童年似乎總會有一個哥哥和一條狗(比如卷福)。
“高考”前夕,古迪納夫的父母離婚了,他爸娶了自己的研究助手。但古迪納夫還是咬牙考進了入耶魯。事後回憶,他覺得進入大學這種對家庭的逃離讓他鬆了口氣。
在耶魯的日子,他過得不錯。先是學習古典文學,之後轉到了哲學。大一的時候為了湊學分,古迪納夫選修了兩門化學課。後來,古迪納夫碰到一個數學教授,看他天賦異稟,就鼓勵他學習數學。他聽從了建議,畢業的時候取得了數學學士學位。
短短几年間,就換了四五個專業方向,這似乎也對他隨後的生涯做出了某種預示
畢業後,二戰爆發,古迪納夫加入了美國空軍,不過他沒當成飛行員,而是被派到太平洋的一個海島上收集氣象資料。
退役後的他選擇去芝加哥大學進修物理。當時錄取他的面試官有點瞧不上這個吹了四年海風的大齡青年,嘲笑道:“在你這個年紀,科學家早已經做出他們最大的成就了”。這話說的沒錯,那個年代風靡全球的智慧領袖們,哪個不是英姿勃發,愛因斯坦26歲提出相對論,愛迪生32歲點亮了白熾燈,居里夫人36歲時已經拿到了諾貝獎。
古迪納夫,開始讀博, 30歲。
還算幸運,他的導師是個大牛人,物理學家齊納。順便一提,齊納在30歲時已經發明瞭齊納二極體,享譽業界。
在芝加哥這幾年,古迪納夫的研究領域是固體物理,並在這裡打下了堅實的理論基礎。芝大畢業後,他被推薦去了麻省理工的的林肯實驗室,主攻固體磁性的相關研究。在這裡,古迪納夫的天賦與功底得到充分發揮,他對隨機存取儲存器的發展做了貢獻,這個技術就是後來的電腦記憶體。他甚至還和別人合作,冠名了一個固體磁性的規則——Goodenough-Kanamori規則。還是在這裡,他第一次接觸到了電池,不過當時他研究的是鈉硫電池。
1976年,牛津大學化學系恰好出現了一個空缺。憑藉在林肯實驗室的出色工作,古迪納夫得到了這個職位,成了無機化學實驗室主任。
這年,他54歲。
初到英國, 古迪納夫努力適應著陰鬱的天氣和寡淡的飯菜,從未想過這裡將會是他人生的重要轉折點:在這裡,他的研究領域轉到了電池。
接下來我們來談談電池
我們不妨先來看看當時電池是什麼樣的。
1970年代後期,有一種電池因為使用金屬鋰作為電極,而被稱為鋰電池。同樣質量下,鋰電池能比其他電池儲存更多的電能,因此很受市場青睞,比如當時“大哥大”手機使用的就是這種鋰電池。
持有鋰電池技術的是一家加拿大公司,名叫Moli Energy。正當他們準備大幹一場的時候,卻傳來了噩耗——鋰電池存在嚴重的安全隱患!問世還不到半年,這種鋰電池就因為起火爆炸的問題,而被全球召回。從此,Moli公司一蹶不振。這個短暫霸佔全球電池市場的公司曇花一現,最後被日本NEC公司收購[2]。
此時,全球的電子產品市場初見端倪,大眾剛剛接觸到電子錶、手機、電腦等新鮮玩意,這個朝陽市場無比誘人。作為電子產品的保障,電池技術又是必不可少的一環。因此,剛剛收購Moli的日本人迫不及待想解決鋰電池的安全問題,並計劃將這一產品發揚光大。收購了Moli的NEC投入了巨大的人力物力,仔細檢測了幾萬塊電池,經過幾年的摸索,他們終於明白了鋰電池爆炸的箇中原因。
鋰電池使用的電極材料金屬鋰,是世間最活潑的元素之一,極易燃燒,甚至與氮氣都能發生反應。這樣的特性極大拔高了鋰電池的技術要求:生產組裝過程中稍有不慎,洩進了空氣,輕則電池報廢,重則起火燃燒。而在肉眼看不到的地方,還有一個更大的隱患。因為動力學等因素,鋰金屬表面會形成一些“小毛刺”,叫做枝晶。隨著在電池的使用,這些枝晶會越長越大,最終會刺破電池正負極之間的隔膜,造成短路,引起電池自燃。
雖然找到了問題所在,但是如何解決卻讓NEC陷入了困境。成分、組裝、生產環境等等都可以改進,但枝晶如同幽靈一般,縈繞在鋰電池中,無法擺脫。
我們有些人就像是烏龜,走得慢,一路掙扎,到了而立之年還找不到出路。但烏龜知道,他必須走下去。”
——John·B·Goodenough
不如就從他年輕時的經歷說起吧
很多人會查自己出生那年發生過什麼,好暗地裡給自己的誕生一種天命昭彰的證明。如果古迪納夫(John B. Goodenough,當然你也可以叫他足夠好先生,我想他不會有意見)翻開他出生的1922年,會發現此時科學正在以一種肉眼可見的速度增長:波爾因為闡明原子結構得到了諾貝獎,BBC開始了跨洋無線電廣播,人造胰島素被成功提取。物理、化學、生物眾多學科正在取得突破,同時,一大批嶄新的學科正在被建立——科學界一片生機勃勃。
然而,這一切似乎跟古迪納夫關係不大。他的父親是大學歷史老師,他還有一個年長三歲的哥哥。雖然家境富足,但他的童年似乎並不開心,按他的說法,自己童年唯一的玩伴叫Mack,是一條狗[1]。天才的童年似乎總會有一個哥哥和一條狗(比如卷福)。
“高考”前夕,古迪納夫的父母離婚了,他爸娶了自己的研究助手。但古迪納夫還是咬牙考進了入耶魯。事後回憶,他覺得進入大學這種對家庭的逃離讓他鬆了口氣。
在耶魯的日子,他過得不錯。先是學習古典文學,之後轉到了哲學。大一的時候為了湊學分,古迪納夫選修了兩門化學課。後來,古迪納夫碰到一個數學教授,看他天賦異稟,就鼓勵他學習數學。他聽從了建議,畢業的時候取得了數學學士學位。
短短几年間,就換了四五個專業方向,這似乎也對他隨後的生涯做出了某種預示
畢業後,二戰爆發,古迪納夫加入了美國空軍,不過他沒當成飛行員,而是被派到太平洋的一個海島上收集氣象資料。
退役後的他選擇去芝加哥大學進修物理。當時錄取他的面試官有點瞧不上這個吹了四年海風的大齡青年,嘲笑道:“在你這個年紀,科學家早已經做出他們最大的成就了”。這話說的沒錯,那個年代風靡全球的智慧領袖們,哪個不是英姿勃發,愛因斯坦26歲提出相對論,愛迪生32歲點亮了白熾燈,居里夫人36歲時已經拿到了諾貝獎。
古迪納夫,開始讀博, 30歲。
還算幸運,他的導師是個大牛人,物理學家齊納。順便一提,齊納在30歲時已經發明瞭齊納二極體,享譽業界。
在芝加哥這幾年,古迪納夫的研究領域是固體物理,並在這裡打下了堅實的理論基礎。芝大畢業後,他被推薦去了麻省理工的的林肯實驗室,主攻固體磁性的相關研究。在這裡,古迪納夫的天賦與功底得到充分發揮,他對隨機存取儲存器的發展做了貢獻,這個技術就是後來的電腦記憶體。他甚至還和別人合作,冠名了一個固體磁性的規則——Goodenough-Kanamori規則。還是在這裡,他第一次接觸到了電池,不過當時他研究的是鈉硫電池。
1976年,牛津大學化學系恰好出現了一個空缺。憑藉在林肯實驗室的出色工作,古迪納夫得到了這個職位,成了無機化學實驗室主任。
這年,他54歲。
初到英國, 古迪納夫努力適應著陰鬱的天氣和寡淡的飯菜,從未想過這裡將會是他人生的重要轉折點:在這裡,他的研究領域轉到了電池。
接下來我們來談談電池
我們不妨先來看看當時電池是什麼樣的。
1970年代後期,有一種電池因為使用金屬鋰作為電極,而被稱為鋰電池。同樣質量下,鋰電池能比其他電池儲存更多的電能,因此很受市場青睞,比如當時“大哥大”手機使用的就是這種鋰電池。
持有鋰電池技術的是一家加拿大公司,名叫Moli Energy。正當他們準備大幹一場的時候,卻傳來了噩耗——鋰電池存在嚴重的安全隱患!問世還不到半年,這種鋰電池就因為起火爆炸的問題,而被全球召回。從此,Moli公司一蹶不振。這個短暫霸佔全球電池市場的公司曇花一現,最後被日本NEC公司收購[2]。
此時,全球的電子產品市場初見端倪,大眾剛剛接觸到電子錶、手機、電腦等新鮮玩意,這個朝陽市場無比誘人。作為電子產品的保障,電池技術又是必不可少的一環。因此,剛剛收購Moli的日本人迫不及待想解決鋰電池的安全問題,並計劃將這一產品發揚光大。收購了Moli的NEC投入了巨大的人力物力,仔細檢測了幾萬塊電池,經過幾年的摸索,他們終於明白了鋰電池爆炸的箇中原因。
鋰電池使用的電極材料金屬鋰,是世間最活潑的元素之一,極易燃燒,甚至與氮氣都能發生反應。這樣的特性極大拔高了鋰電池的技術要求:生產組裝過程中稍有不慎,洩進了空氣,輕則電池報廢,重則起火燃燒。而在肉眼看不到的地方,還有一個更大的隱患。因為動力學等因素,鋰金屬表面會形成一些“小毛刺”,叫做枝晶。隨著在電池的使用,這些枝晶會越長越大,最終會刺破電池正負極之間的隔膜,造成短路,引起電池自燃。
雖然找到了問題所在,但是如何解決卻讓NEC陷入了困境。成分、組裝、生產環境等等都可以改進,但枝晶如同幽靈一般,縈繞在鋰電池中,無法擺脫。