如果不是他,玩手机就是在玩点燃的炸药包

发布时间：2018-01-23 11:00:38浏览次数：875次

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　　我们有些人就像是乌龟，走得慢，一路挣扎，到了而立之年还找不到出路。但乌龟知道，他必须走下去。”

　　——John·B·Goodenough

　　不如就从他年轻时的经历说起吧

　　很多人会查自己出生那年发生过什么，好暗地里给自己的诞生一种天命昭彰的证明。如果古迪纳夫(John B. Goodenough，当然你也可以叫他足够好先生，我想他不会有意见)翻开他出生的1922年，会发现此时科学正在以一种肉眼可见的速度增长：波尔因为阐明原子结构得到了诺贝奖，BBC开始了跨洋无线电广播，人造胰岛素被成功提取。物理、化学、生物众多学科正在取得突破，同时，一大批崭新的学科正在被建立——科学界一片生机勃勃。

　　然而，这一切似乎跟古迪纳夫关系不大。他的父亲是大学历史老师，他还有一个年长三岁的哥哥。虽然家境富足，但他的童年似乎并不开心，按他的说法，自己童年唯一的玩伴叫Mack，是一条狗[1]。天才的童年似乎总会有一个哥哥和一条狗(比如卷福)。

　　“高考”前夕，古迪纳夫的父母离婚了，他爸娶了自己的研究助手。但古迪纳夫还是咬牙考进了入耶鲁。事后回忆，他觉得进入大学这种对家庭的逃离让他松了口气。

　　在耶鲁的日子，他过得不错。先是学习古典文学，之后转到了哲学。大一的时候为了凑学分，古迪纳夫选修了两门化学课。后来，古迪纳夫碰到一个数学教授，看他天赋异禀，就鼓励他学习数学。他听从了建议，毕业的时候取得了数学学士学位。

　　短短几年间，就换了四五个专业方向，这似乎也对他随后的生涯做出了某种预示。

　　毕业后，二战爆发，古迪纳夫加入了美国空军，不过他没当成飞行员，而是被派到太平洋的一个海岛上收集气象数据。

　　退役后的他选择去芝加哥大学进修物理。当时录取他的面试官有点瞧不上这个吹了四年海风的大龄青年，嘲笑道：“在你这个年纪，科学家早已经做出他们最大的成就了”。这话说的没错，那个年代风靡全球的智慧领袖们，哪个不是英姿勃发，爱因斯坦26岁提出相对论，爱迪生32岁点亮了白炽灯，居里夫人36岁时已经拿到了诺贝奖。

　　古迪纳夫，开始读博， 30岁。

　　还算幸运，他的导师是个大牛人，物理学家齐纳。顺便一提，齐纳在30岁时已经发明了齐纳二极管，享誉业界。

　　在芝加哥这几年，古迪纳夫的研究领域是固体物理，并在这里打下了坚实的理论基础。芝大毕业后，他被推荐去了麻省理工的的林肯实验室，主攻固体磁性的相关研究。在这里，古迪纳夫的天赋与功底得到充分发挥，他对随机存取存储器的发展做了贡献，这个技术就是后来的电脑内存。他甚至还和别人合作，冠名了一个固体磁性的规则——Goodenough-Kanamori规则。还是在这里，他第一次接触到了电池，不过当时他研究的是钠硫电池。

　　1976年，牛津大学化学系恰好出现了一个空缺。凭借在林肯实验室的出色工作，古迪纳夫得到了这个职位，成了无机化学实验室主任。

　　这年，他54岁。

　　初到英国，古迪纳夫努力适应着阴郁的天气和寡淡的饭菜，从未想过这里将会是他人生的重要转折点：在这里，他的研究领域转到了电池。

　　接下来我们来谈谈电池

　　我们不妨先来看看当时电池是什么样的。

　　1970年代后期，有一种电池因为使用金属锂作为电极，而被称为锂电池。同样质量下，锂电池能比其他电池储存更多的电能，因此很受市场青睐，比如当时“大哥大”手机使用的就是这种锂电池。

　　持有锂电池技术的是一家加拿大公司，名叫Moli Energy。正当他们准备大干一场的时候，却传来了噩耗——锂电池存在严重的安全隐患!问世还不到半年，这种锂电池就因为起火爆炸的问题，而被全球召回。从此，Moli公司一蹶不振。这个短暂霸占全球电池市场的公司昙花一现，最后被日本NEC公司收购[2]。

　　此时，全球的电子产品市场初见端倪，大众刚刚接触到电子表、手机、电脑等新鲜玩意，这个朝阳市场无比诱人。作为电子产品的保障，电池技术又是必不可少的一环。因此，刚刚收购Moli的日本人迫不及待想解决锂电池的安全问题，并计划将这一产品发扬光大。收购了Moli的NEC投入了巨大的人力物力，仔细检测了几万块电池，经过几年的摸索，他们终于明白了锂电池爆炸的个中原因。

　　锂电池使用的电极材料金属锂，是世间最活泼的元素之一，极易燃烧，甚至与氮气都能发生反应。这样的特性极大拔高了锂电池的技术要求：生产组装过程中稍有不慎，泄进了空气，轻则电池报废，重则起火燃烧。而在肉眼看不到的地方，还有一个更大的隐患。因为动力学等因素，锂金属表面会形成一些“小毛刺”，叫做枝晶。随着在电池的使用，这些枝晶会越长越大，最终会刺破电池正负极之间的隔膜，造成短路，引起电池自燃。

　　虽然找到了问题所在，但是如何解决却让NEC陷入了困境。成分、组装、生产环境等等都可以改进，但枝晶如同幽灵一般，萦绕在锂电池中，无法摆脱。

　　此时，远在牛津的古迪纳夫正进行着自己的研究。虽然只学过两门化学课，但凭着过硬的固体物理功底，古迪纳夫居然在化学系也算站稳了脚跟，正在一门心思研究着一种神奇的材料——钴酸锂。

　　钴酸锂，化学式LiCoO2，在晶体学上属于一种层状材料。所谓的层状是指钴和氧原子的结合更紧密，形成的正八面体的平板，锂原子层就镶嵌在两个“平板”之间。正因为这种特殊的结构，使得锂原子可以在钴酸锂晶体中快速移动[6]。

　　如果把钴酸锂想象成一个汉堡包，钴-氧构成了两片面包，那么，锂原子就是中间的牛排，能被很轻松地抽出。正因如此，这种钴酸锂可以取代金属锂，作为电池中锂离子的提供者。而且，这种氧化物可以拔高电池的使用电压，从而提升电池储存的电量。更为重要的是，钴酸锂的对空气等不敏感，在金属锂这个发疯的公牛面前，钴酸锂乖巧的如同得到了棒棒糖的小孩。而枝晶问题在钴酸锂中也得到了改善。在一定的使用时长下，钴酸锂是一种安全系数很高的电极材料。

　　然而，或许是这一创新太过前卫，也可能是Moli Energy的教训太过惨烈，当时整个西方世界竟然没有一家企业敢接这个发明。甚至牛津大学自己都不愿意为钴酸锂发现申请专利。古迪纳夫只好找到另一个实验室帮忙，勉强拿下了专利。