锂电之父—Goodenough的传奇
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2017-06-03
上世纪80年代开始研究，90年代进入产业化阶段，锂离子电池短短20年，走入电子设备各个角落。今天，我们来讲讲锂电之父Goodenough 的故事。
John B. Goodenough（约翰·班宁斯特·古迪纳夫）目前为美国德州大学奥斯汀分校，机械工程系教授，著名固体物理学家，是钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂正极材料的发明人，锂离子电池的奠基人之一，被业界称为“锂电之父”。他对材料科学与技术，特别是锂离子电池领域做出了重要贡献。通过研究化学、结构以及固体电子/离子性质之间的关系来设计新材料解决材料科学问题。
研究方向：过渡金属氧化物、锂离子电池、燃料电池、氧渗透膜。详细的说：他的研究团队生长单晶并且合成新型陶瓷材料。进行化学和结构表征以及高温、高压、元素分析等各种基础研究。从事能量储能和转换材料研究，高温超导超、电子由局部变为流动时的超巨磁阻现象的机理研究，还研究开发了中温固态氧化物燃料电池和氧渗透膜。
教授在讲解锂电池工作原理
教授主要履历
1922年7月25日，John B. Goodenough在美国出生，父母原在德国耶拿市。
1943年，在耶鲁大学获得了数学系的文学士学位，期间为科学哲学所吸引决定攻读物理方向研究生。
二战期间，曾作为气象专家在美国陆军航空部队工作，1948年退役。
1951-1952年，在美国西屋电气公司任研发工程师。
1951年在芝加哥大学获得理学硕士学位，1952年获得固态物理博士学位，师从Clarence Zener（齐纳二极管发明者，诺奖得主，见后续专题：材料、仙童与硅谷）。
1952-1976年，在MIT的林肯实验室进行关于内存的材料物理研究，这是关于Mn3+有关的研究，同时接触到了Li离子在固体中的迁移，随后开始固态陶瓷的基础研究。期间首次发现了铁氧体磁芯的电流重合记忆功能，被称为Goodenough-Kanamori规律，这一发现对电子计算机的发展极为关键，并且对磁性材料以及电子材料的研究起到引导作用，也正是在这个时期写了《磁性键与化学键》和《过渡金属氧化物》两本书。并在此时接触并深入研究了锂离子在固体中的迁移规律。
1976年，进入牛津大学任教授并作为无机化学研究负责人，开始了固体化学研究，主要研究可用于能量转换的新材料，提出了碱金属离子固态电解质的构架结构概念并且获得了以尖晶石层状结构氧化物作为阴极的锂离子二次电池的基本专利，期间还从事太阳能转换光电解和燃料电池催化电极方面的研究。
1980年和SONY公司合作开发出了基于碳材料负极和锂钴氧LiCoO2材料正极的可充电离子电池，也就是目前广泛采用的锂离子电池技术，但是LiCoO2受限于有毒、钴资源稀缺等因素，急需替代材料。
1982年伊利诺伊理工大学(the Illinois Institute of Technology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性，首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功，从此石墨代替金属锂作为锂电池负极，从此正极材料成为锂电池突破的主要瓶颈。
1983年M.Thackeray和Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料，具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高，且氧化性远低于钴酸锂，即使出现短路、过充电，也能够避免了燃烧、爆炸的危险，大大提高安全性。
1986年从牛津大学退休后，受聘于美国德州大学奥斯汀分校机电工程学院担任教授，成为终身教授，担任美国德州大学奥斯汀分校材料科学与工程中心负责人，研发了固体氧化物燃料电池（SOFC）的新型电解质和电极材料，并且对电子从集中变为流动的交互行为物理现象做出了解释。
1989年，A.Manthiram和J.Goodenough发现采用聚合阴离子的正极将产生更高的电压。
1997年开发了低成本的磷酸铁锂LiXFePO4正极材料，加快了锂离子电池的商业化。磷酸铁锂是目前安全性最高的正极材料，且充放电性能、廉价、对环境无污染，具有优异的电池循环寿命、安全性、低自放电（库存存放寿命非常长），这使得传统镍氢、镍镉电池黯然失色。其广泛应用于手机等无线便携设备、电动工具、混合动力汽车、小型电动车以及新能源系统储能，已成为当前主流的正极材料，它对全球经济产生了重要影响，并减少了温室气体的排放。
荣誉称号：
美国物理学会会员
美国化学学会会员
美国国家工程院院士
美国国家科学院院士
英国皇家化学学会外籍院士
印度科学院外籍院士
日本物理学会会员
美国国家材料咨询会成员
美国科学促进协会会员
美国国家研究委员会，固态科学小组成员
荣誉奖项：
波尔多大学，荣誉博士学位（1967）
英国皇家化学学会，百年讲师（Centenary Lecturer）（1976）
英国皇家化学学会，固态化学奖，（1980）
Von Hippel 奖，美国材料研究学会（1989）
宾夕法尼亚大学卓越成就奖（1996）
John Bardeen 奖，采矿、冶金和材料协会（1997）
Olin Palladium奖，美国电化学学会（1999）
日本国际奖，国际科学技术财团（2001）【PS：该奖项授予在科学技术方面取得了独创性的和飞跃性的成果，对科学技术的发展，人类的和平与繁荣做出了重大贡献的人。获奖者多为世界有名的科学家。获奖者可以得到奖状，奖牌及5000万日元的奖金，只授予在世人物。】
美国费米奖，美国能源部（2009）【PS:费米奖1954年为纪念美籍意大利科学家恩里克·费米（Enrico Fermi）而设立，是由美国政府颁发的最负盛名的科技类奖项之一】
美国国家科学奖章， 美国国家科学奖章委员会（2013）【PS：评选的唯一标准是获奖人的学术水平，获奖者一般是美国某一领域具有重要影响的科学家。到目前为止，一共只有498人科学家获此殊荣，先后有91人次获诺贝尔物理、化学、生理/医学、经济学奖（不含和平奖2人），比例为18.67%。这91人中，大部分科学家都是先获得诺贝尔奖然后再获美国国家科学奖的，但是有23人获得美国国家科学奖比诺贝尔奖早；还有6人同年斩获双奖。】
查尔斯·斯塔克·德拉普尔奖(Charles Stark Draper Prize)，美国国家工程院【PS： 美国工程学界最高奖项之一，每二年颁发一次，被认为是“工程学界的诺贝尔奖”(“Nobel Prizes of Engineering”)之一。该奖奖予推进工程学及工程学教育发展进步的候选人。】
德州大学机械工程系荣誉工程师
电气和电子工程师协会奖
部分学术论文：
1．Mizushima, K., Jones, P. C., Wiseman, P. J., and Goodenough, J. B., “LixCoO2 (0 < x < 1): A New Cathode Material for Batteries of High Energy Density,” Materials Research Bulletin 15, 783-799 (1980).
2．Thomas, M. G. S. R, Bruce, P. G., and Goodenough, J. B., “Lithium Mobility in the Layered Oxide Li(1-x)CoO2,” Solid State Ionics, 17 (1), 13-19 (1985).
3． Thackeray, M. M., David, W. I. F., Bruce, P. G., and Goodenough, J. B., “Lithium Insertion Into Manganese Spinels,” Materials Research Bulletin 18, 461-472 (1983)
4．Padhi, A. K., Nanjundaswamy, K. S., and Goodenough, J. B., “Phospho-olivines as Positive Electrode Materials for Rechargeable Lithium Batteries,” Journal Electrochemical Society 144, 1188-1194 (1997).
5． Padhi, A. K., Nanjundaswamy, K. S., Masquelier, C., and Goodenough, J. B., “Mapping of Transition-Metal Redox Couples in Phosphates with NASICON Structure by Lithium Intercalation,” Journal Electrochemical Society 144, 2581-2586 (1997).
6. Goodenough, J.B. “Rechargeable Batteries: Challenges Old and New” Journal of Solid State Electrochemistry 16 2019-2029, (2012).
7. Li, Y., Xu, M.W., and Goodenough, J.B., “Electrochemical Performance of Ba2Co9O14 + SDC Composite Cathode for Intermediate-Temperature Solid Oxide Fuel Cells” J. of Power Sources 298 40-43, (2012).
8. Goodenough, J.B. “Reflections on Sixty Years of Solid State Chemistry” “Zeitschrift fur Anorganische und Allgemeine Chemie” 638 1-5 (2012).
书籍：
Goodenough, J. B., Magnetism and the Chemical Bond, Interscience Monographs on Chemistry, Inorganic Chemistry Section, F. A. Cotton, ed., Vol. I (Interscience-Wiley, New York 1963).
Goodenough, J. B., Les oxydes des métaux de transition (Gauthier-Villars, Paris, 1973).
Huang, K. and Goodenough, J. B., Solid Oxide Fuel Cell Technology: Principles, Performance and Operations, Woodhead Publishing Limited (2009).
章节:
Goodenough, J.B. “Battery Components Active Materials for” in Encyclopedia of Sustainability Science and Technology, (Springer, 2012). (in publication)
K. Zaghib, A. Mauger, Goodenough, J.B., and C.M. Julien, “Design and Properties of LiFePO4”, in Nanotechnology for Li-ion Batteries, D. Lockwood, ed. (Springer Verlag, Berlin, 2011) Chapter 8.
Goodenough, J.B., “Materials Design: Fundamental Chemistry and Physics”, in Advanced Lithium Batteries, Recent Trends and Perspectives, G. Nazri, A. Manthiram, P. Balaya, A. Yamada, and Y. Yong, eds. (Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 2012).
自传：John B. Goodenough, Witness to Grace (PublishAmerica, 2008)
Goodenough平易近人，在学生眼中他是一个心胸广阔海纳百川的智者93岁的他依然坚持工作和教学，由于二战时曾作为气象专家为军方服务，他对团队合作大加赞赏，他说“作为一个士兵，我从没想过凭一己之力赢得战争，最重要的是要尽我所能做好本职工作”现在他有一个庞大的研究团队，孜孜不倦的为新能源的发展努力，他常把自己比作交响乐队的指挥，他说：“如果我有什么天赋，那就是创造出能激发别人创造力的环境。”
Goodenough 一生都在不同的专业方向努力，是不折不扣的科学全才。他高中时学习文学，大学专业是数学，战后主攻物理方向。在后来的材料科学研究中，他又学习化学和工程学知识。“团队合作并不仅限于人之间，更是科学学科之间，我们需要找到科学、工程、物理和化学之间的联系。对于个人来说，学校的全面素质教育，不仅是为了前途更是生活。我们必须分清楚受教育和受训练的区别。”
Goodenough涉猎广泛，打算退休之后去研究神学。他相信自然法则，也相信有更强大的力量，曾写过一篇文章《在神的裁决之下》。他说“当我们需要时，有一双神奇的手为我们推开一道道门。”
（来自http://www.cailiaoren.com/article-3814-1.html）
