锂电池的优良性能为它带来巨大的商业市场
在这之前,没有人预料到这项研究有如此巨大商业市场。
在常用的钴阴极材料中,原子呈层状堆积,储存其中的锂离子只能在原子层之间运动。Goodenough 认为尖晶石的原子排列方式允许离子在三维空间中运动,这样离子就有更多出入电极板的途径,提高了充放电速度。1982年,Goodenough 牛津大学的博士后助手 Mike Thackeray 发明了更先进的锰尖晶石电极。相比一年前 Goodenough 的钴氧化物电极,这种电极更安全便宜。
Padhi 和日本 NTT 公司在 Goodenough 实验室工作的研究人员 Okada 一起寻找更好的尖晶石材料。
他们尝试了不同材料,如钴、锰和钒,都没有成功。最后他们的名单里只剩下一种磷铁化合物,Goodenough 认为他们最后只能选择尖晶石,把这个想法告诉 Padhi 后他就去度假了。
Goodenough 回来后从 Padhi 处得知,正如他的预测,Padhi 的确没有获得尖晶石结构。但是他发现了一种自然形成的新型橄榄石结构,并成功从橄榄石结构中提取放回锂离子。经过检查,Goodenough 发现结果令人惊叹。这是第三次了!第一次是钴氧化合物,接着是尖晶石,现在是磷酸铁,Goodenough 的实验室诞生了三种主要的可商业化的锂离子电池阴极材料。
虽然 Padhi 的研究成果被日本 NTT 公司的研究人员 Shigeto Okada 窃取率先在日本申请专利。Goodenough 实验室被迫卷入与日本NTT公司、MIT Yet-Ming Chiang 教授的A123公司的专利之争。但业内普遍认为所有的技术都源于 Goodenough 的实验室。
壮心不已
一位年过九旬的伟大发明家会得到很多荣誉,Goodenough 也是这样。他几乎每年都会被提名诺贝尔奖,通常和他一起提名的还有日本化学家 Akira Yoshino。Akira Yoshino 将美国人发明的阴极和石墨阳极结合,制造了第一个使索尼公司一炮而红的锂电池。2013年,Goodenough 获得美国总统奥巴马授予的美国国家科学奖章;2009年,他获得了费米奖。事实上,也有奖项以 Goodenough 命名。2009年起英国皇家化学学会每年在材料化学领域颁发“John B. Goodenough奖”。
尽管 Goodenough 并未阐明新想法,但是他认为自己已经有了一些头绪。而且基于他之前的成果,电池领域的学者们并不太怀疑这点。现在就职于美国阿贡国家实验室、曾在 Goodenough 的指导下发现了锰尖晶石的南非人 Thackeray说:“他仍然很敏锐,他的思想仍在突破”, “这个领域的突破一定是以出人意料的方式出现。Goodenough 就是那种打破常规的人。”
这项研究的赌注很高,Goodenough 驳斥很多与他竞争的研究方法。例如,在他看来,Elon Musk 只满足于“把电动汽车卖给好莱坞那些有钱人”,把适用于中产阶级的汽车电池研究交给其他科学家。这种控诉不完全正确。虽然Musk 把车以每辆8万到10万美元的价格卖给精英阶层,但他正在逐步改进电池,承诺到2018年将生产一款3.5万美元的汽车满足更大的市场。
Goodenough 同样看不上那些每年仅仅提高7%~8%电池效率的研究。他说“我们需要一些明显的进步,而不是每次提高一点点。”
包括他自己,没有人可以肯定 Goodenough 这次会成功,只是他还没有放弃。超级电池的研制确实很难。Goodenough 说每个人都应该不断的去尝试突破。他指出,在毁灭性的能源危机和环境问题来临之前,我们还有30年的时间研发新电池并使之商业化。他认为时间足够。他说:“许多人都在研究锂电池,这些人都很聪明。我不敢说自己是唯一能解决这个问题的人。”
然而他很可能解决这个问题。这也是那些了解他的人一直关注 John Bannister Goodenough 的原因。