99歲鋰電池之父最新論文：再次聚焦固態(tài)電解質(zhì)！諾獎加持也沒到「足夠好」

麗雪 2021-07-19 15:23:18 來源：量子位

?韋麗雪 發(fā)自 副駕寺
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你手機(jī)、電動車的命，都是他給的。

諾獎最年長者John B.Goodenough，人稱“足夠好”老爺爺。

58歲發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰，75歲找到磷酸鐵鋰，94歲研究固態(tài)電池……

即將邁入百歲大關(guān)，還在JACS（《美國化學(xué)會志》）和Angew（德國化學(xué)類期刊）上發(fā)表論文。

不是綜述，不是掛名，還很高產(chǎn)的那種。

最新論文說了啥？

Goodenough以通訊作者的身份，在Angew上發(fā)表了有關(guān)固態(tài)鋰電池的最新論文。

他的團(tuán)隊(duì)提出了一種固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，不僅能提高固態(tài)鋰電池的性能，還能抑制鋰枝晶的形成。

論文中提及的PEO基聚化合物電解質(zhì)，由于有著高電導(dǎo)率、強(qiáng)放電性，以及成本低而被業(yè)內(nèi)看好。

不過這種電解質(zhì)仍然存在缺陷：易結(jié)晶、在室溫下會表現(xiàn)出較低的鋰離子電導(dǎo)率。

Goodenough團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上引入了Li2S6作為添加劑，一舉解決了以上兩個(gè)痛點(diǎn)，還減小了界面阻，加速了鋰離子的傳輸。

今年5月，Goodenough和團(tuán)隊(duì)的其他成員還在JACS上發(fā)表了另一篇論文。

解決的也是相同的問題，不同的是引入Mg(ClO4) 2作為添加劑。

這位鋰電池之父為什么如此關(guān)注固態(tài)電解質(zhì)？

傳統(tǒng)鋰電池和固態(tài)鋰電池最大的區(qū)別在于，前者使用隔膜和電解質(zhì)中含有液態(tài)的物質(zhì)進(jìn)行導(dǎo)電，后者則用固態(tài)電解質(zhì)導(dǎo)電。

有了它，固態(tài)鋰電池就能練就不腐蝕、不漏液、耐高溫的金剛不壞之身。

目前固態(tài)電解質(zhì)的研發(fā)主要分為三條技術(shù)路線，分別是硫化物、氧化物和聚合物。

Goodenough團(tuán)隊(duì)在聚合物，尤其是PEO電解質(zhì)的方向上努力。

根據(jù)寧德時(shí)代公布的兩項(xiàng)固態(tài)電池專利來看，其固態(tài)電池方案與硫化物電解質(zhì)相關(guān)。

另一位電池巨頭LG化學(xué)，正在著手研發(fā)聚合物和硫化物固態(tài)電池。

被視為下一個(gè)風(fēng)口的固態(tài)電池，正是Goodenough步入90歲以后想要突破的新關(guān)隘。

鋰電池界的最強(qiáng)發(fā)現(xiàn)者

與鋰電池結(jié)緣，是Goodenough人生故事的后半部。

在此之前，他也經(jīng)歷過大多數(shù)年輕人的迷茫與動蕩，還換過許多個(gè)專業(yè)、跳過好幾次槽……

最初進(jìn)入耶魯大學(xué)學(xué)習(xí)古典文學(xué)，因?yàn)榛加虚喿x障礙轉(zhuǎn)了專業(yè)。

念過哲學(xué)，中途修了兩門化學(xué)課攢學(xué)分，最后在一名教授的建議下選擇了數(shù)學(xué)。

畢業(yè)后趕上二戰(zhàn)爆發(fā)，Goodenough加入美國空軍，卻被派去收集氣象數(shù)據(jù)。

退役后他做出一個(gè)重要的決定，去芝加哥大學(xué)攻讀物理學(xué)博士。

在芝加哥大學(xué)，Goodenough以固體物理為研究領(lǐng)域，師從當(dāng)時(shí)赫赫有名的物理學(xué)家齊納，為日后的研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

博士畢業(yè)后，他被推薦到麻省理工的林肯實(shí)驗(yàn)室工作，在這里第一次接觸到了電池。

開啟Goodenough一連串發(fā)現(xiàn)的正是他的又一次跳槽。

來到牛津大學(xué)任職無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任時(shí)，Goodenough已經(jīng)54歲。

此時(shí)一家叫做Moli Enery的加拿大公司，剛從持有鋰電池技術(shù)的狂喜跌落到深淵。

準(zhǔn)備大干一場的他們，因?yàn)殇囯姵貥O易起火爆炸，發(fā)生了傷亡后產(chǎn)品被勒令召回，從此一蹶不振。

Goodenough發(fā)現(xiàn)了一種奇特的材料——鈷酸鋰，能夠取代活潑的金屬鋰提供鋰離子。

同時(shí)把鈷酸鋰作為正極材料還能解決另一個(gè)問題，改善鋰枝晶的存在。

什么是鋰枝晶？

金屬鋰的表面容易長出這種形似樹枝的晶體，并且在電池使用過程中會不斷生長。

鋰枝晶一旦刺穿電池正負(fù)極之間的隔膜，就會導(dǎo)致電池自燃。

如今電動車上使用的鋰電池，雖然技術(shù)已遠(yuǎn)超當(dāng)年，但鋰枝晶依然存在。

尋找一種穩(wěn)定的正極材料、抑制鋰枝晶的形成，成為了Goodenough的使命。

58歲發(fā)現(xiàn)鈷酸鐵鋰后，Goodenough的研發(fā)生涯如同開了外掛。

61歲發(fā)現(xiàn)錳尖晶石正極材料，75歲發(fā)現(xiàn)磷酸鐵鋰正極材料。

正是這一連串的發(fā)現(xiàn)奠定了他鋰電池之父的地位，97歲時(shí)加冕了諾貝爾化學(xué)獎。

今天，99歲的Goodenough還在從事著他熱愛的事業(yè)，發(fā)論文、做研究，活躍在一線。

Do good anyway

除了固態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電池研發(fā)者還面臨諸多問題。

比如找到合適的正、負(fù)極材料，再比如減小界面阻，提高鋰離子的傳輸速度。

為此，Goodenough還“忽悠”一位女物理學(xué)家布拉加搬到美國奧斯汀，加入他的團(tuán)隊(duì)。

最終他們共同研制出一種由特殊鈉玻璃制成的、低成本全固態(tài)電池，預(yù)測儲能是當(dāng)前鋰電池的3倍。

去年，寧德時(shí)代的21C創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室在福建寧德建成，Goodenough還專門發(fā)來賀電。

他在信中表示：他相信寧德時(shí)代在鋰電池方面的創(chuàng)新會減少人們對于化石燃料的依賴。

據(jù)悉，21C實(shí)驗(yàn)室中短期的研究方向也包括了固態(tài)電池的研發(fā)。

這與Goodenough96歲時(shí)接受媒體采訪時(shí)的愿景完全一致。

他想解決汽車的問題，想讓汽車尾氣從全世界的高速公路上消失。

Goodenough在辦公室門口貼了這么一句話，激勵自己：Do good anyway。