手機(jī)、電腦、電動(dòng)汽車，在今天已經(jīng)算不上稀罕物了。它們是不同的工具，但有個(gè)共性——都有電池，而且普遍用的是鋰離子電池。鋰離子電池從面世到普及不過20多年的時(shí)間，它的背后站立的是一群精耕多年的科研人員。今年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)便授予了在鋰電池領(lǐng)域有突出貢獻(xiàn)的三位科學(xué)家，稱他們創(chuàng)造了“一個(gè)可充電的世界”。

其中，打破諾獎(jiǎng)最高齡獲獎(jiǎng)記錄、97歲的約翰·古迪納夫更是功勛卓著，被稱為“鋰離子電池之父”。19歲參加二戰(zhàn)、54歲開始電池研究、94歲投身超級(jí)電池研發(fā)，翻開他一輩子躬身科研的人生，滿是傳奇。

“特別不好”的前半生

“未見其人，先聞其聲”，《紅樓夢(mèng)》中王熙鳳帶著魔性笑聲的出場(chǎng)已成經(jīng)典。這個(gè)詞用來形容遠(yuǎn)在另一片土地上的古迪納夫也恰如其分。他在九樓辦公室的哈哈大笑，能從一樓響徹到頂樓十樓，朋友說“一英里”以外都能聽到他的笑聲。

已滿頭銀發(fā)、眼窩深陷的老爺子似乎天生帶了愛笑的基因，人們說他跟他的名字一樣特別好(古迪納夫英文為：goodenough)。但實(shí)際上，古迪納夫有著“特別不好”的經(jīng)歷。

1922年，古迪納夫在德國(guó)耶拿出生。沒多久，一家人搬到了美國(guó)康涅狄格州郊外鄉(xiāng)村，耶魯大學(xué)就在幾公里之外，父親在那里教宗教史學(xué)。家境殷實(shí)，父母都是知識(shí)分子，又能親近鄉(xiāng)野，這樣的童年本該是快樂的，古迪納夫卻越來越內(nèi)向。

在古迪納夫的記憶中，父母關(guān)系簡(jiǎn)直是一場(chǎng)災(zāi)難，這場(chǎng)災(zāi)難演變成對(duì)孩子的冷漠。數(shù)十年后，他 在自傳中提到對(duì)自己產(chǎn)生過積極影響的人或事，包括兄弟姐妹、一只叫馬克的狗、傭人、鄰居，唯獨(dú)沒提起父母。受此影響，10來歲的古迪納夫患上了閱讀障礙。無法在教室讀書時(shí)，他帶著好奇心去附近的樹林探索，有次還扒了一張臭鼬鼠的皮。

他并沒有成為野孩子，相反，古迪納夫，與閱讀障礙做抗?fàn)帯?2歲時(shí)，他進(jìn)入了一所私立寄宿中學(xué)，從零星的信件里得到父母不冷不熱的關(guān)心。后來，父母離婚，父親娶了研究助手，這場(chǎng)夫妻斗爭(zhēng)終于結(jié)束了，而古迪納夫與原生家庭的斗爭(zhēng)才開始。

保持優(yōu)異成績(jī)考入大學(xué)，成為獨(dú)立的人，這是古迪納夫的逃離之路。收到耶魯大學(xué)通知書時(shí)，18歲的少年決定再忍一下，來到父親跟前要學(xué)費(fèi)。父親給了他35美元，當(dāng)時(shí)耶魯一年的學(xué)費(fèi)大概900美元。好在校長(zhǎng)知曉情況后，介紹他去給富人家的孩子補(bǔ)習(xí)，每周工作21個(gè)小時(shí)，再加上獎(jiǎng)學(xué)金，足以支付學(xué)費(fèi)和日常生活開支。

這之后，古迪納夫開始一次次面臨選擇。耶魯主張通識(shí)教育，本科前兩年可隨便選感興趣的課程。古迪納夫一開始選的是古典文學(xué)，沒多久又轉(zhuǎn)攻哲學(xué)，后來考慮到自己的閱讀障礙，接受了一位叫邁爾斯的數(shù)學(xué)教授的建議，主攻數(shù)學(xué)?？纱蠖€沒過完，二戰(zhàn)爆發(fā)，他再次在教授的建議下，成為了陸軍氣象學(xué)家。退伍后，又在這位老教授的推薦下，獲得國(guó)家出資在芝加哥大學(xué)攻讀物理研究生的機(jī)會(huì)。古迪納夫說，我永遠(yuǎn)都欠邁爾斯教授一個(gè)人情。

長(zhǎng)達(dá)兩年的物理學(xué)習(xí)后，古迪納夫經(jīng)歷了兩場(chǎng)長(zhǎng)達(dá)32小時(shí)、通過率只有10%的考試后，打開了博士學(xué)習(xí)大門，該選擇核物理還是固態(tài)物理呢?最終，他選擇了固態(tài)物理，師從著名物理學(xué)家齊納。初次見面時(shí)，齊納說了一句影響他一生的話：你有兩個(gè)問題，第一個(gè)問題是找到問題，第二個(gè)是解決問題。古迪納夫選擇了凝聚態(tài)材料研究，從此再未離開。

30歲博士畢業(yè)后，古迪納夫來到剛搭建一年的麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室，和空軍簽訂了項(xiàng)目合同。當(dāng)時(shí)軍方缺少能達(dá)到存儲(chǔ)要求的計(jì)算機(jī)，存儲(chǔ)能力不足是因?yàn)闆]有適當(dāng)?shù)碾娮硬牧?。所以，他開始了磁性研究。這是他第一次接觸到鋰離子在固體中的遷移，后來又開始了固態(tài)陶瓷的基礎(chǔ)研究。因?yàn)橛熊姺筋A(yù)算支撐，他在這一待就是24年，提出了古迪納夫—金森法則，為日后隨機(jī)存儲(chǔ)器的誕生奠定了重要基礎(chǔ)。

因1973年爆發(fā)的石油危機(jī)，古迪納夫看到日益突出的能源問題，他開始轉(zhuǎn)向能源存儲(chǔ)的研究。不想，1976年，軍方削減研究預(yù)算。預(yù)算被砍，古迪納夫不得不考慮去留問題。當(dāng)時(shí)，他有兩個(gè)方向，一個(gè)是去伊朗的德黑蘭大學(xué)建一個(gè)能源研究所，一個(gè)是去做牛津大學(xué)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人。聽了妻子的建議，古迪納夫動(dòng)身前往英國(guó)。

牛津大學(xué)做了一個(gè)大膽的決定，聘用一個(gè)僅僅在大學(xué)期間為湊學(xué)分修過兩門化學(xué)課的人來做負(fù)責(zé)人。古迪納夫也做了一個(gè)大膽的決定，從一名數(shù)學(xué)系畢業(yè)的物理學(xué)家，搖身一變成了一名化學(xué)家，具體來說，是電化學(xué)家。

曾“特別不好”的古迪納夫，迎來了人生的重大轉(zhuǎn)折。這一年，他54歲。

投身電池研究

來到牛津，古迪納夫開始投身鋰離子電池研究。當(dāng)時(shí)西方市場(chǎng)上已經(jīng)有了金屬鋰為電極的鋰電池，初入市場(chǎng)時(shí)它大受青睞，但不到半年，一起可怕的爆炸發(fā)生，所有電池因安全問題被全球召回。西方市場(chǎng)嚇破了膽，對(duì)鋰電池的態(tài)度急轉(zhuǎn)直下：不管是否安全，一概棄用。

但這并沒有影響古迪納夫研究更安全鋰電池的決心。他發(fā)現(xiàn)鋰電池易爆炸的根源就在金屬鋰。鋰金屬表面容易形成一種小樹枝一樣的枝晶，電池使用過程中，這些枝晶會(huì)越長(zhǎng)越大。一旦它們大到刺破正負(fù)極間的隔膜，就可能引發(fā)安全事故。而且金屬鋰化學(xué)性質(zhì)活潑，與空氣接觸極易爆炸。想改良鋰金屬難度太大，必須要找到一種新的材料來代替。

在林肯實(shí)驗(yàn)室時(shí)，古迪納夫密切接觸過金屬氧化物，他覺得用金屬氧化物做陰極，電壓更高，能量密度更大。他迅速將想法投入實(shí)踐，搜尋合適的氧化物，以確保能析出更多的鋰離子并且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。在抵達(dá)牛津四年后的1980年，古迪納夫發(fā)現(xiàn)了鈷酸鋰是最好的答案。在日本，同獲今年諾獎(jiǎng)的吉野彰正在研究負(fù)極材料，他采用了古迪納夫的這一發(fā)現(xiàn)，以石墨材料為負(fù)極。這一來，現(xiàn)代鋰離子電池的基本框架就確立了。

后來，索尼買下了這一專利，將鈷酸鋰與石墨結(jié)合，開發(fā)出了全新的可充電鋰離子電池。一經(jīng)問世，它受到市場(chǎng)熱烈歡迎，被應(yīng)用到相機(jī)、電腦、手機(jī)中，古迪納夫聲名大噪。如今，鋰離子電池市場(chǎng)價(jià)值350億美元，未來5年將增長(zhǎng)到1000億美元，但因當(dāng)初牛津大學(xué)拒絕為此申請(qǐng)專利，古迪納夫一分錢也沒得到。不過，老爺子心態(tài)倒是很好，他說反正當(dāng)初研究也不是為了錢。

古迪納夫?qū)︿囯姵氐难芯坎]有就此打住。鈷酸鋰雖然提高了安全性，但也有不足之處，一是它價(jià)格貴，產(chǎn)量不高，是重要的戰(zhàn)略資源，用來做電池成本太高;二是使用一段時(shí)間后，性能會(huì)衰減。因而，古迪納夫繼續(xù)尋找新的實(shí)用的材料。1983年，61歲的古迪納夫再次發(fā)現(xiàn)一種好用的正極新材料——錳尖晶石。這種材料的氧化性遠(yuǎn)低于鈷酸鋰，具有低價(jià)、穩(wěn)定、優(yōu)良導(dǎo)電導(dǎo)鋰性能，即便出現(xiàn)短路的情況，也能避免燃燒爆炸的危險(xiǎn)，安全性能大大提高。2013年，這種材料已經(jīng)被用于商業(yè)電池。

新材料繼續(xù)被尋找著。這種執(zhí)著勁兒，其實(shí)早在古迪納夫讀書期間就可窺一二。有閱讀障礙的他，曾堅(jiān)持學(xué)了六年的拉丁語(yǔ)和四年的希臘語(yǔ)。不過，新的問題出現(xiàn)在這位已過花甲之年的老人面前：牛津大學(xué)有65歲強(qiáng)制退休的規(guī)定。

65歲就退休頤養(yǎng)天年，這對(duì)古迪納夫來說實(shí)在是一種無聊至極的生活。所以，搶在被牛津“趕”出去前，他去了德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校，成為該校機(jī)械工程和材料科學(xué)教授，繼續(xù)鋰電池研究。

很多人一輩子可能就一種發(fā)明，古迪納夫卻接連不斷給電池行業(yè)帶來驚喜。1989年，他發(fā)現(xiàn)聚合物電解質(zhì)有電磁感應(yīng)效應(yīng)，采用它的正極可產(chǎn)生更高電壓;1997年，他發(fā)現(xiàn)磷酸鐵鋰晶體結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定、壽命更長(zhǎng)、充電更快。古迪納夫?qū)﹄姵氐难芯?，保持著極大的熱情，“鋰離子電池之父”當(dāng)之無愧。

當(dāng)初研究生入學(xué)時(shí)，一位教授對(duì)他冷嘲熱諷道“真不明白你們這些退伍軍人，難道不知道但凡在物理上做出點(diǎn)名堂的，在你們這個(gè)年紀(jì)早做出來了，你現(xiàn)在才想著開始啊”?？萍夹袠I(yè)也存在年齡歧視，54歲跨進(jìn)新領(lǐng)域，成果豐碩的古迪納夫打了偏見者一巴掌。

新的開始

鋰電池的潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了發(fā)明者的想象。起初古迪納夫研究時(shí)，根本不知道電池會(huì)被怎么使用，更不知道會(huì)有電腦、手機(jī)這些東西。他僅僅是出于好奇心和責(zé)任感，希望能真正解決能源與環(huán)境問題。顯然，如今它們依然是世界面臨的兩大重大課題。他常對(duì)學(xué)生說“要做人類需要的而非想要的事業(yè)”，這一生他都在踐行這句話。

92歲時(shí)，早已是榮譽(yù)等身的古迪納夫依然絲毫沒有休息的打算。當(dāng)親人、學(xué)生擔(dān)心他的身體扛不住時(shí)，他爽朗地笑起來，“我才92歲，我的人生長(zhǎng)著呢!”這時(shí)，他已經(jīng)開始籌劃往兩個(gè)新的方向進(jìn)行研究。

第一個(gè)方向是如何用鈉來取代鋰。鋰資源在地球上很稀少，未來也會(huì)和石油資源一樣面臨枯竭危險(xiǎn)，而且提取鋰的工藝繁瑣且成本較高。自1997年古迪納夫提出磷酸鐵鋰技術(shù)后，此后20年再無新的鋰電技術(shù)出現(xiàn)。而鈉在地球上含量很高，基本上可無限供應(yīng)，并且，它和鋰屬于同一族元素，化學(xué)性質(zhì)相似，理論上是可以像鋰一樣用來做電池的。在林肯實(shí)驗(yàn)室期間，古迪納夫就曾對(duì)鈉離子進(jìn)行過研究，但要真正在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)落地還是個(gè)難題。

第二個(gè)方向是超級(jí)電池的研究。古迪納夫接受采訪時(shí)，多次表達(dá)他想解決汽車問題、想讓汽車尾氣從全世界的高速公路上消失。留下一個(gè)清潔、美好的世界，這是他去世之前最想看到的。所以，他帶領(lǐng)工程師團(tuán)隊(duì)著手打造新型全固態(tài)電池，這是一種能讓電動(dòng)汽車與內(nèi)燃機(jī)汽車匹敵的“超級(jí)電池”，他希望這種電池可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)能和太陽(yáng)能的經(jīng)濟(jì)存儲(chǔ)。

2017年，古迪納夫公布了團(tuán)隊(duì)研究進(jìn)展，他們研究出了能量密度和安全系數(shù)更高的固態(tài)電池。目前他們正計(jì)劃與電池廠商合作，開發(fā)測(cè)試新電池。古迪納夫并不在乎潛在的巨大經(jīng)濟(jì)利益，他想的只是解決問題。

這種對(duì)科研的認(rèn)真，也反映在他的教學(xué)上。早前在麻省理工教物理時(shí)，他的第一堂課來了165人，座無虛席，可是第二堂課只來了8個(gè)人。因?yàn)樘珖?yán)格，學(xué)生都被嚇跑了。后來在牛津給本科班上課時(shí)，他的同事專門放一排泰迪熊在前面，保證能有更多學(xué)生來上他的課。工作上的嚴(yán)肅認(rèn)真和生活上的幽默風(fēng)趣統(tǒng)一在古迪納夫身上，幫助他一路過關(guān)斬將到今天。

現(xiàn)在，古迪納夫已經(jīng)97歲了，業(yè)界對(duì)這位老前輩依然抱有信心。因?yàn)樗乃季S仍然活躍，思想還在突破。如今，他每周到學(xué)校工作五天、每天早上8點(diǎn)前就到實(shí)驗(yàn)室，周六還要在家工作一天。古迪納夫的這股子精神勁兒，給了不少科研人力量。同獲諾獎(jiǎng)、今年78歲的斯坦利·惠廷厄姆打趣說，有古迪納夫在，他覺得自己還是個(gè)中年人。

去年，古迪納夫說：我再干幾年，把這一批博士生帶到畢業(yè)。熟悉他的學(xué)生覺得等到那時(shí)候，他身體允許的話，肯定又會(huì)說再干幾年吧。畢竟，對(duì)于古迪納夫來說，97歲還年輕著呢!