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鋰電之父談鋰電池的發(fā)展之路是怎么樣的?

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2018年05月07日  

  JohnB.Goodenough(約翰·班寧斯特·古迪納夫)目前為美國德州大學(xué)奧斯汀分校,機(jī)械工程系教授,著名固體物理學(xué)家,是鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰正極材料的發(fā)明人,鋰離子電池的奠基人之一,被業(yè)界稱為“鋰電之父”。他對(duì)材料科學(xué)與技術(shù),特別是鋰離子電池領(lǐng)域做出了重要貢獻(xiàn)。通過研究化學(xué)、結(jié)構(gòu)以及固體電子/離子性質(zhì)之間的關(guān)系來設(shè)計(jì)新材料解決材料科學(xué)問題。


  近日,鋰電池之父,美國德州大學(xué)奧斯汀分校機(jī)械工程系教授JohnB.Goodenough接受了材料人的采訪,我們對(duì)近期教授的幾項(xiàng)工作以及他對(duì)鋰電池發(fā)展和中國科研的看法做了采訪,以下是詳細(xì)內(nèi)容:


  Q:您如何看待鋰離子電池的未來?它會(huì)被您的最新研究成果取代嗎?


  A:我認(rèn)為目前的鋰離子電池三年內(nèi)會(huì)被不產(chǎn)生鋰枝晶的鋰金屬電池取代,代替我們現(xiàn)在用的石墨負(fù)極鋰離子電池。


  Q:超級(jí)電池在應(yīng)用到電動(dòng)車之前,還需做出哪些改進(jìn)?


  A:電動(dòng)車用電池首先必須是安全價(jià)廉的,而且要高倍率充放電的情況下體積能量密度高、使用壽命長。我認(rèn)為Braga玻璃電解質(zhì)能夠?qū)崿F(xiàn)所有以上愿景,但是高壓下低電阻正極材料尚處于驗(yàn)證和測(cè)試階段。此外,以在集流體上沉積鋰金屬做負(fù)極的電池容量需要進(jìn)一步的評(píng)估。


  Q:您的超級(jí)電池會(huì)成為您職業(yè)生涯最后的研究成果嗎?


  A:我希望我還能再干幾年,我們還有很多東西需要探索。


  Q:在您研究出陰極之后,您認(rèn)為還要多久才能實(shí)現(xiàn)電池的大規(guī)模生產(chǎn)?您可否預(yù)見一下未來的困難?


  A:我認(rèn)為三年內(nèi)電池就能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。


  Q:您94歲高齡仍在努力工作,您的動(dòng)力是什么?


  A:科研探索真的十分有趣,21世紀(jì)仍面臨著很多毀滅性的挑戰(zhàn)需要被戰(zhàn)勝。


  Q:您是怎么開始電池技術(shù)相關(guān)的研究的?


  A:我是在1969年接觸到電化學(xué)跟電池的,當(dāng)時(shí)我應(yīng)邀負(fù)責(zé)福特公司1967年發(fā)明的鈉硫電池項(xiàng)目,就是使用固體陶瓷電解質(zhì)和熔化電極的那種電池。我非常想找到一種比福特鈉-β-鋁更好的鈉固體電解質(zhì),通過與HenryHong的合作,我們發(fā)明了鋯磷硅酸鹽,也就是現(xiàn)在的NASICON鈉超離子導(dǎo)體。之后在1970年爆發(fā)了第一次能源危機(jī),美國國會(huì)認(rèn)為我的研究與空軍實(shí)驗(yàn)室的要求不符,因此我決定放棄過渡金屬氧化物轉(zhuǎn)而研究能源材料,并接受了去英國牛津大學(xué)當(dāng)無機(jī)化學(xué)教授的邀請(qǐng)。


  Q:您是怎樣激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力的?


  A:并不是簡單地說是我在如何啟發(fā)學(xué)生,而是作為領(lǐng)導(dǎo),必須對(duì)他的研究領(lǐng)域充滿熱情,不能因?yàn)檠芯砍晒兊米载?fù),要平等地看待每個(gè)與他合作的人,當(dāng)別人取得成功時(shí),要樂意去贊賞他們。我們可能會(huì)在學(xué)術(shù)上是競爭對(duì)手,但是在生活中卻不是這樣,要就事論事。


  Q:您高中是學(xué)文科的,本科學(xué)的是數(shù)學(xué)跟物理,研究生又轉(zhuǎn)學(xué)了化學(xué)與工程,為什么您要換專業(yè)呢?您的經(jīng)歷給您的研究帶來了怎樣的幫助?您希望您的學(xué)生換專業(yè)嗎?


  A:在二戰(zhàn)之前,我本來是文科生,擇業(yè)十分費(fèi)時(shí)。后來二戰(zhàn)爆發(fā),我參了軍,停止了找工作的糾結(jié),也就是這個(gè)時(shí)候我下定決心,如果有機(jī)會(huì)讀研,我就要選擇物理專業(yè)。在研究生學(xué)習(xí)期間,我立志要成為固態(tài)物理學(xué)家而非核物理學(xué)家,在畢業(yè)時(shí),我意識(shí)到我還沒有做好當(dāng)物理教授的準(zhǔn)備,因此我來到了一家工程實(shí)驗(yàn)室工作,這個(gè)工作要求我研究怎樣在亞鐵磁的尖晶石中實(shí)現(xiàn)B-H磁滯回線,而亞鐵磁的尖晶石是不能像鐵磁合金那樣卷成一個(gè)很薄的帶子的。正是這份工作把我?guī)нM(jìn)了磁學(xué)和過度金屬氧化物這個(gè)領(lǐng)域,使我產(chǎn)生了學(xué)習(xí)過度金屬化合物d電子的興趣,這是要與化學(xué)家一起工作的。正如我前面說的,在1970年我被迫改變了我的研究興趣,我成了無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的固態(tài)化學(xué)教授。就在我快從英國退休時(shí),德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校邀請(qǐng)我去做工程首席教授,這樣我就有機(jī)會(huì)繼續(xù)我的材料工作了。我的成果要?dú)w功于機(jī)遇,合作,優(yōu)秀的同事,還有運(yùn)氣。直覺固然是以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ),但是也要聽聽內(nèi)心的想法,要敢于在同他人的交流之中坦然地暴露出自己的無知,要對(duì)別人的想法和生命的意義保持好奇心,這會(huì)成為思想的源泉和成功的基礎(chǔ)。我鼓勵(lì)學(xué)生們謙虛坦然地接受自己,接受成功與失敗。


  Q:您曾說退休后想去研究神學(xué),為什么像您一樣的科學(xué)家也會(huì)相信存在比科學(xué)更有力的力量呢?


  A:我不這么認(rèn)為,我覺得神學(xué)的力量不及科學(xué)。我深信我們應(yīng)該愛這個(gè)我們存在的世界,銘記所有幸運(yùn)與不幸,敵人與朋友。對(duì)自然及其運(yùn)作的科學(xué)探索形成了對(duì)萬物以及支撐它的事物的愛。但是我認(rèn)為有很多東西是不能用數(shù)學(xué)的語言描述的,我認(rèn)為隱喻、寓言也蘊(yùn)藏了豐富的智慧。工程能夠教會(huì)我們?nèi)绾蝿?chuàng)造,但是我們制造出來的機(jī)器是沒有感情的。重要的是我們?nèi)绾稳ナ褂眠@些機(jī)器。如果沒有智慧,我們可能會(huì)摧毀環(huán)境和社會(huì),有了智慧,我們就能在人口爆炸中生存,并且?guī)砗椭C,而不是帶來敵對(duì)。


  Q:您如何看待中國的電池研究?您能給中國科學(xué)家一些建議嗎?


  A:中國在電池領(lǐng)域取得了令人印象深刻的發(fā)展,但是中國的多數(shù)研究都集中在如何改進(jìn)已有技術(shù),缺乏對(duì)革新性的技術(shù)的關(guān)注。我的建議是要找到真正待解決的問題,然后努力去攻克它們,即使是在取得重大成果之前要花很長時(shí)間。


  Q:您從事隨機(jī)存取磁存儲(chǔ)器和鋰離子電池兩個(gè)領(lǐng)域的研究,那么您認(rèn)為哪個(gè)領(lǐng)域?qū)Ξ?dāng)前科技的影響更大?


  A:首個(gè)隨機(jī)存取磁存儲(chǔ)器的問世對(duì)電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展非常重要,即使高速晶體管的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了用小型磁性存儲(chǔ)元件代替,使原磁RAM存儲(chǔ)縮小到辦公室的大小。鋰離子電池實(shí)現(xiàn)了微電子的無線化,很多人為了這一發(fā)展貢獻(xiàn)了力量。


  Q:電池能量密度還能再大嗎?您對(duì)下一代電池有什么期望?


  A:未來幾年電池會(huì)取得重大的改進(jìn),包括電池安全性,價(jià)格,能量密度,使用壽命,充放電速度等。我不確定能量密度的改進(jìn)能否給出個(gè)“摩爾定律”,就像計(jì)算機(jī)輕量化那樣,我不能遇見相似的發(fā)展。


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