来来来，给大家介绍一位足够好的老爷爷！

Original 科研百晓生研之成理 2021-12-21

John B. Goodenough

2019年诺贝尔化学奖得主

美国固体物理学家，二次电池产业的重要学者，

美国德州大学奥斯汀分校机械工程和材料科学教授

Email: jgoodenough@mail.utexas.edu

Phone: (512) 471-1646

课题组官网：

http://www.me.utexas.edu/faculty/faculty-directory/goodenough

基本情况介绍

做锂电池的人没有不知道Goodenough老先生的，这不仅是因为其足够好的科研工作，更是因为他对锂电池产业所做的巨大贡献。老先生发表974篇文献，他引77000次，h-index为128。Goodenough不仅在学术上取得了重大成就，更推动了二次锂电池技术的商业化应用。1991年，基于他对钴酸锂的研究成果，索尼公司作出了世界上第一块锂离子电池。他还发明了磷酸铁锂，尖晶石型正极材料等一系列正极材料。这是一个什么样的概念呢？现在主流的商业化正极材料有4种（钴酸锂，磷酸铁锂，尖晶石型正极材料，三元正极材料），Goodenough老先生一人发明了其中三种。天下才气一石，Goodenough独占八斗。由于对锂电池领域的巨大贡献，Goodenough收获了无数奖项，包括恩里科·费米奖，日本国际奖，美国国家科学奖章，查尔斯·斯塔克·德雷珀奖，富兰克林研究所本杰明·富兰克林奖章等。他的研究领域涵盖了固态物理学，锂离子电池正极材料，固态电解质，燃料电池等。下面，让我们走进Goodenough的科研世界。

研究内容分类介绍

1. 锂电池正极材料

主要贡献：

锂电池正极材料的研究是Goodenough老先生的代表作。他对锂电池正极材料的研究决定了该领域的研究方向，推动了二次锂电池技术的更新换代。以磷酸铁锂为例，1997年，Goodenough发表第一篇关于磷酸铁锂正极材料的文章，该文章受到了科研界和工业界的广泛关注。科研工作者对文章的引用已达5000余次。以磷酸铁锂为正极材料的电池更被应用至今。据统计，截止2017年，在我国纯电动汽车市场中，磷酸铁锂电池占据了48.68%的市场份额，近五成。

除磷酸铁锂，Goodenough对其他正极材料也有深入研究，他研究工作主要为：

（1）发现了层状金属氧化物钴酸锂的储锂机理，成功制备了世界上第一种实用化的正极材料

（2）发明了聚阴离子型正极材料磷酸铁锂，该材料具有橄榄石型的结构，形成了三维传导锂离子的通道，可快速传导锂离子，具有良好的倍率性能。该材料至今仍被广泛应用于电动汽车中

（3）发明了尖晶石型正极材料，该材料以锰酸锂为代表，此类材料价格低廉，环境友好，在低速电动汽车领域具有极大优势

（4）Goodenough不仅发明了很多电极材料，更对电极材料的设计有独到见解。他撰写的Chem. Mater. 2010, 22, 587–603集中探讨了锂电池的工作原理。该文以能级为着眼点，从最底层的化学元素开始讨论锂电池的工作机理，高屋建瓴，详尽描述了电极材料，电解质设计的着眼点及注重问题，该文已成为本领域的经典文献。

代表文献：(1) Chem. Mater. 2010, 22(3), 587-603; (2) J. Electrochem. Soc., 1997, 4, 144; （3）J. Am. Chem. Soc. 2013, 135 (4),1167-1176; （4）Energy Environ. Sci., 2011, 4, 269-284; (5) J. Am. Chem. Soc. 2011,133(7), 2132-2135; (6) J. Electrochem. Soc.1985, 132 (7),1521-1528; (7) Adv. Mater. 2007,19, 848–851; (8) J Solid State Chem.,1998,135, 228—234; (9) J. Am. Chem. Soc.,2013,135(44), 16280–16283

图片来源：J. Am. Chem. Soc., 2013,135(44), 16280–16283

图片来源：J. Electrochem. Soc., 1997, 4, 144

图片来源：Chem. Mater. 2010, 22(3), 587-603

2. 固态电解质

对于未来二次锂电池技术的发展方向，Goodenough老先生非常看好固态电池。固态电池相较传统的液态电池最大的不同是电解质的形态，固态电池采用了由有机物或无机物组成的固态电解质。Goodenough对固态电解质进行了广泛而深入的研究。研究内容包括：（1）NASICON型固态电解质（2）石榴石型固态电解改性（3）有机固态电解质（4）钙钛矿型，反钙钛矿型固态电解质。

这些研究中，最具舆论引爆性的是一篇发表于Energy& Environmental Science上固态电池的文章，这篇文章中，Goodenough联合他人应用无机固态电解质，实现了长循环寿命、高体积能量密度、快速充放电以及不燃特性的低成本全固态电池，该电池展现出来的容量超过了所用阳极的理论比容量。此文章在发表后遭到广泛质疑。甚至，美国普林斯顿大学的研究员Daniel A. Steingart专门撰文批判此文章。与在正极材料领域受到的赞誉相比，Goodenough老先生在锂电固态电解质领域似乎有点不顺利。

代表文献：(1) J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 9385-9388；(2) Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 753 –756; (3) Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 8587 –8591; (4) Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 5449 –5453; (5) Adv. Mater. Interfaces 2018, 5, 1701147; (6) Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1702037 (7) Chem, 2018, 4, 833-844.

图片来源： J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 9385-9388

图片来源： Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 753 –756

图片来源：Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 8587 –8591

3. 燃料电池

燃料电池是一种将染料里的化学能直接转换为电能的装置，具有无污染，比容量高，发电效率高等优点。燃料电池中，催化剂是制约性能提升的关键因素。Goodenough老先生拥有物理学背景，在催化剂的设计上具有得天独厚的优势。在燃料电池领域，Goodenough的研究内容包括（1）锂玻璃电池（2）钙钛矿型氧化物（3）新材料设计

代表作：(1) Nat. Chem. 2011, 546-550; (2) Sciencce, 2006, 312, 254-257; (3) J Power Sources, 2007,173, 1–10; (4) Solid State Ionics., 2000, 129, 237–250; (5) J. Am. Chem. Soc. 2014, 136(25), 8941-8946; (6) Nano Energy，2013, 2, 1004–1009.

图片来源：Solid State Ionics.,2000, 129,237–250

图片来源：Nano Energy, 2013, 2, 1004–1009

以对锂电池发展的贡献而言，在世的科学家很难有和Goodenough相并肩者。虽然取得如此大的成就，97岁高龄Goodenough依然奋战在科研第一线。衷心祝愿老先生身体安康，为人类能源事业做出更大贡献！衷心祝福老爷子获得2019年诺贝尔化学奖！

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