[NYT]John B. Goodenough, 100, Dies; Nobel-Winning Creator of the Lithium-Ion Battery
굿이너프 박사가 공학 교수로 있던 오스틴에 있는 텍사스 대학은 그의 죽음을 발표했습니다.
노벨상 수상자로 선정되었다는 발표가 있기 전까지 구데너 박사는 과학계와 학계, 그리고 그의 업적을 이용한 상업적인 거물들을 넘어 상대적으로 알려지지 않았습니다. 그는 1980년에 옥스포드 대학에서 실험실의 돌파구를 성취했는데, 그곳에서 그는 스마트폰, 노트북과 태블릿 컴퓨터, 심장 제세동기와 같은 생명을 구하는 의료 기기, 그리고 장거리 여행에서 운전할 수 있는 많은 테슬라를 포함한 깨끗하고 조용한 플러그인 차량을 지구에 장착한 배터리를 만들었습니다, 기후 변화의 영향을 줄이고 언젠가 가솔린 자동차와 트럭을 대체할지도 모릅니다.
대부분의 현대 기술 발전과 마찬가지로, 강력하고 가볍고 충전이 가능한 리튬 이온 배터리는 수십 년에 걸쳐 과학자, 연구소 기술자 및 상업적 관심사에 의한 점진적인 통찰력의 산물입니다. 하지만 배터리의 이야기에 익숙한 사람들에게 Goodenough 박사의 공헌은 분자 규모의 화학, 물리학 및 공학의 연결고리인 배터리 개발의 중요한 연결고리로 여겨집니다.
97세였던 2019년, 구디너 박사는 텍사스 대학에서 여전히 연구 활동을 하고 있을 때, 스웨덴 왕립 과학 아카데미가 배터리 개발에 큰 기여를 한 두 명의 다른 사람들과 90만 달러의 상을 공유할 것이라고 발표했을 때 역사상 최고령 노벨상 수상자가 되었습니다: M. Stanley Whittingham, 뉴욕 주립 대학 빙엄턴 대학 교수, 도쿄 아사히 카세이 코퍼레이션 명예 연구원이자 일본 나고야 메이조 대학 교수인 요시노 아키라.
Goodenough 박사는 배터리에 대한 그의 연구에 대한 로열티를 받지 못했고, 단지 매사추세츠 공과대학, 옥스포드 대학, 텍사스 대학의 과학자이자 교수로서 60년 동안의 급여만을 받았습니다. 그는 돈을 거의 아랑곳하지 않고 대부분의 권리를 포기했습니다. 그는 동료들과 특허권을 공유했고, 그의 수상과 함께 나온 급여를 연구와 장학금에 기부했습니다.
1986년부터 오스틴 캠퍼스에서 90대까지 활동적이고 창의적인 모습을 보여 동료들을 놀라게 한 그는 최근 몇 년 동안 풍력, 태양열, 원자력 에너지를 저장하고 운반할 수도 있는 뛰어난 배터리를 연구해 왔습니다, 무제한 이동 범위와 몇 분 만에 재충전의 용이성으로 국가 전력망을 변화시키고 아마도 중산층 생활에서 전기 자동차의 위치를 혁신할 것입니다.
헌신적인 성공회 신자인 Goodenough 박사는 그의 실험실 벽에 최후의 만찬의 태피스트리를 보관했습니다. 과학자들이 이론을 논쟁하는 것처럼 열정적인 대화에서 사도들을 묘사한 것은 그에게 거의 가망이 없이 시작된 삶에서 그에게 문을 열어준 신성한 힘을 상기시켰다고 그는 말했습니다.
그는 회고록 “Witness to Grace” (2008)에서 불가지론적인 예일 대학교 종교학 교수의 원치 않는 아이이자 결코 그와 유대를 맺지 않은 어머니였다고 말했습니다. 개와 하녀인 세 남매를 제외하고는 친구도 없이, 그는 정서적으로 멀리 떨어진 가정에서 외롭고 난독증에 시달리며 자랐습니다. 그는 12살에 사립 기숙학교에 보내졌고 그의 부모님으로부터 거의 소식을 듣지 못했습니다.
인내심, 상담, 그리고 자기 계발을 위한 치열한 투쟁으로, 그는 독서 장애를 극복했습니다. 그는 그로튼에서 라틴어와 그리스어를 공부했고 예일에서 수학을, 제2차 세계 대전 동안 육군 항공대에서 기상학을, 그리고 1952년에 박사 학위를 받은 시카고 대학에서 클라렌스 제너, 에드워드 텔러, 엔리코 페르미 밑에서 물리학을 배웠습니다.
1950년대와 60년대에 M.I.T.의 링컨 연구소에서 그는 컴퓨터의 RAM(Random Access Memory)을 위한 기초를 마련하고 국내 최초의 방공 시스템을 위한 계획을 개발하는 데 도움을 준 팀의 일원이었습니다. 1976년, 그의 M.I.T. 연구에 대한 연방 기금이 끝나자, 그는 화학 실험실을 가르치고 관리하기 위해 옥스포드로 이사했고, 그곳에서 그는 배터리에 대한 연구를 시작했습니다.
본질적으로, 배터리는 이온으로 알려진 전기적으로 대전된 원자들을 한 쪽에서 다른 쪽으로 움직이게 하여 배터리에 연결된 모든 것에 전력을 공급하는 전류를 생성하는 장치입니다. 전극이라고 불리는 두 면은 전하를 가지고 있습니다. 음극이라고 불리는 음극과 음극이라고 불리는 양극입니다. 이온이 이동하는 중간체는 전해질입니다.
배터리가 에너지를 방출하면 양극에서 음극으로 전하를 띤 이온이 이동하여 전류를 생성합니다. 충전 가능한 배터리는 전기를 끌어오기 위해 소켓에 연결되어 이온이 양극으로 다시 이동하도록 하고, 다시 필요할 때까지 저장됩니다. 음극, 양극 및 전해질에 사용되는 재료는 이온의 양과 속도를 결정하며, 따라서 배터리의 출력을 결정합니다.
현대 세계는 오랫동안 안전하고, 신뢰할 수 있으며, 저렴하고 강력한 배터리를 추구해 왔습니다. 최초의 진정한 배터리는 1800년에 알레산드로 볼타에 의해 발명되었는데, 그는 구리와 아연의 원반을 쌓고 소금물에 적신 천과 그것들을 연결했습니다. 양쪽 끝에 있는 디스크에 연결된 와이어로 배터리는 안정적인 전류를 생성했습니다. 초기 자동차 배터리는 대부분 납산이고 부피가 컸으며, 조명과 같은 점화 장치와 부속품을 작동할 수 있었지만, 최근까지 엔진을 구동할 만큼 강력하지 않았습니다. 가전제품은 아연-탄소 또는 니켈-카드뮴 배터리를 사용했습니다.
Goodenough 박사가 옥스포드에 도착했을 때, Exxon은 Dr.의 디자인에 특허를 냈습니다. 이 회사가 고용한 영국 화학자 휘팅엄은 음극에 리튬을 사용하는 최초의 충전식 배터리와 양극에 이전에는 배터리에 사용되지 않았던 이황화티타늄을 사용했습니다. 가장 가벼운 금속인 리튬의 이온이 고전압을 생성하고 상온에서 작동하기 때문에 획기적인 것처럼 보였습니다. 휘팅엄 배터리는 발전된 것이었지만, 실용적이지 않은 것으로 판명되었습니다. 과충전 또는 반복적인 재충전의 경우 불이 붙거나 폭발했습니다.
디자인을 개선하기 위해 Goodenough 박사는 리튬 이온도 사용했습니다. 하지만 두 명의 박사후 보조원들과의 실험에서 얻은 그의 통찰력은 리튬과 산화코발트의 층으로 음극을 만드는 것이었고, 이것은 리튬 이온을 위한 주머니를 만들었습니다. 이 배열은 또한 더 높은 전압을 생성하여 배터리의 휘발성을 훨씬 낮췄습니다. 그는 4년 후에 성공했습니다.
Steve LeVine은 “Powerhouse: The Powerhouse: 세계를 구하기 위한 배터리 발명 내부”(2015).
그는 “이는 다른 충전식 상온 배터리보다 2~3배의 에너지를 가진 배터리에서 발생할 것이며, 따라서 훨씬 더 작게 만들 수 있고 동일하거나 더 나은 성능을 제공할 수 있습니다.”라고 덧붙였습니다
처음에는 그의 발견에 거의 관심이 없었습니다. 옥스포드는 특허를 거절했고, 구드너 박사는 그 권리를 영국의 원자력 연구 단체에 양도했습니다. 한편, 일본과 스위스의 과학자들은 흑연 탄소로 층을 이룬 리튬이 양극을 개선한다는 것을 발견했습니다.
요시노 박사의 공헌은, 스웨덴 학술원은, 배터리에서 순수한 리튬을 제거하는 대신, 더 안전한 리튬 이온만을 사용하는 것이라고 말했습니다. 그는 1991년에 기술을 판매하기 시작한 아사히 카세이 회사를 위해 상업적으로 사용 가능한 리튬 이온 배터리를 만들었습니다.
1991년, 소니는 신흥 기술의 상업적 잠재력을 인식하고 굿이너프 박사의 음극과 탄소 음극을 결합하여 세계 최초로 안전한 충전식 리튬 이온 배터리를 시장에 출시했습니다. 애플리케이션이 급증했습니다. 연구소는 배터리 크기를 줄이고, 함께 멍에를 씌워 에너지 생산량을 높일 수 있는 새로운 방법을 찾았습니다. 무선 모바일 장치와 차량 애플리케이션의 혁명이 폭발했습니다.
헬렌 그레그는 2016년 시카고 대학 잡지에 “Goodenough의 원래 리튬 코발트 산화물 음극 구조는 스마트폰과 태블릿과 같은 거의 모든 개인 전자 제품에서 발견되는 리튬 이온 배터리에 여전히 사용됩니다.”라고 썼습니다. “옥스퍼드에서 산화물을 만지작거리고 있을 때 구디는 배터리가 어떤 영향을 미칠지 전혀 몰랐습니다.”
John Bannister Goodenough는 1922년 7월 25일 독일 Jena에서 Erwin과 Helen (Lewis) Goodenough의 네 자녀 중 둘째로 태어났습니다. 그의 아버지는 옥스포드 대학에서 대학원 공부를 마치고 있었고, 그의 아버지가 비교 종교를 가르치기 위해 예일 대학 교수진에 합류한 후, 존이 유아였을 때 가족은 미국으로 돌아와 코네티컷주 우드브리지에 정착했습니다.
2017년 이 부고에 대한 인터뷰에서 Goodenough 박사는 자신과 그의 형제인 Ward, James, Hester가 자녀와 “대단한” 부모를 “불일치”했다고 말했습니다. 존은 또한 진단되지 않은 난독증과 싸웠고 지역 초등학교에서 후진 학생으로 여겨졌습니다. 매사추세츠의 그로튼 학교의 십대였을 때, 그는 난독증에 대처하기 위해 적응했습니다.
“저는 어떤 의미에서 그것을 극복했습니다,”라고 그는 회상했습니다. “저는 기계적으로 읽을 수 있었습니다. 그리고 저는 영어와 역사를 피하고 수학과 언어에 집중함으로써 제 행적을 조금 숨겼습니다. 라틴어는 6년, 그리스어는 4년입니다 그로튼과 예일의 엄격한 교육 기준 또한 그의 삶에 구조를 부여했다고 그는 말했습니다.
그는 1940년에 그로톤 반에서 수석으로 졸업했고 예일 대학교에서 장학금을 받았고, 그곳에서 그는 수학을 전공했고, 교육비를 지불하기 위해 다른 직업들을 가르쳤습니다. 그는 1943년 그가 전시 육군 항공대에서 현역으로 소집되었을 때 학사 학위 과정을 거의 마쳤습니다. 그는 예일 대학교에서 군사 기상학 과정에 대한 학점을 준 후 학위를 받았습니다. 그는 뉴펀들랜드와 아조레스에서 복무했습니다.
전쟁 후, 그는 시카고 대학에서 물리학을 공부하기 위해 정부 장학금을 받았습니다. 그는 1951년에 석사 학위를 받았고 1년 후에 박사 학위를 받았습니다. Westinghouse에서 잠시 일한 후, 그는 M.I.T.에서 경력을 시작했습니다.
1951년, 그는 아이린 와이즈먼과 결혼했습니다. 그들은 자식이 없었습니다. 그녀는 2016년에 죽었습니다. 그의 유족으로는 자매인 우슐라 W. 굿이너프와 형제인 다니엘 A가 있습니다. 좋습니다, 두 분 모두 명예 생물학 교수입니다.
굿이너프 박사는 버지니아 H를 들고 있었습니다. 텍사스 대학 공학부의 Cockrell 100주년 기념 의자. 그는 과학 저널에 8권의 책과 800개 이상의 기사를 썼습니다. 그의 영예에는 일본 상, 엔리코 페르미 상, 찰스 스타크 드레이퍼 상, 웰치 화학상, 그리고 2011년 버락 오바마 대통령에 의해 수여된 국가 과학 훈장이 포함되었습니다.
Alex Traub과 Chang Che가 보고에 기여했습니다.
John B. Goodenough, the scientist who shared the 2019 Nobel Prize in Chemistry for his crucial role in developing the revolutionary lithium-ion battery, the rechargeable power pack that is ubiquitous in today’s wireless electronic devices and electric and hybrid vehicles, died on Sunday at an assisted living facility in Austin, Texas. He was 100.
The University of Texas at Austin, where Dr. Goodenough was a professor of engineering, announced his death.
Until the announcement of his selection as a Nobel laureate, Dr. Goodenough was relatively unknown beyond scientific and academic circles and the commercial titans who exploited his work. He achieved his laboratory breakthrough in 1980 at the University of Oxford, where he created a battery that has populated the planet with smartphones, laptop and tablet computers, lifesaving medical devices like cardiac defibrillators, and clean, quiet plug-in vehicles, including many Teslas, that can be driven on long trips, lessen the impact of climate change and might someday replace gasoline-powered cars and trucks.
Like most modern technological advances, the powerful, lightweight, rechargeable lithium-ion battery is a product of incremental insights by scientists, lab technicians and commercial interests over decades. But for those familiar with the battery’s story, Dr. Goodenough’s contribution is regarded as the crucial link in its development, a linchpin of chemistry, physics and engineering on a molecular scale.
In 2019, when he was 97 and still active in research at the University of Texas, Dr. Goodenough became the oldest Nobel Prize winner in history when the Royal Swedish Academy of Sciences announced that he would share the $900,000 award with two others who made major contributions to the battery’s development: M. Stanley Whittingham, a professor at Binghamton University, State University of New York, and Akira Yoshino, an honorary fellow for the Asahi Kasei Corporation in Tokyo and a professor at Meijo University in Nagoya, Japan.
Dr. Goodenough received no royalties for his work on the battery, only his salary for six decades as a scientist and professor at the Massachusetts Institute of Technology, Oxford and the University of Texas. Caring little for money, he signed away most of his rights. He shared patents with colleagues and donated stipends that came with his awards to research and scholarships.
A congenial presence since 1986 on the Austin campus, where he amazed colleagues by remaining active and inventive well into his 90s, he had been working in recent years on a superbattery that he said might someday store and transport wind, solar and nuclear energy, transforming the national electric grid and perhaps revolutionizing the place of electric cars in middle-class life, with unlimited travel ranges and the ease of recharging in minutes.
A devoted Episcopalian, Dr. Goodenough kept a tapestry of the Last Supper on the wall of his laboratory. Its depiction of the Apostles in fervent conversation, like scientists disputing a theory, reminded him, he said, of a divine power that had opened doors for him in a life that had begun with little promise.
He was, he said in a memoir, “Witness to Grace” (2008), the unwanted child of an agnostic Yale University professor of religion and a mother with whom he never bonded. Friendless except for three siblings, a family dog and a maid, he grew up lonely and dyslexic in an emotionally distant household. He was sent to a private boarding school at 12 and rarely heard from his parents.
With patience, counseling and intense struggles for self-improvement, he overcame his reading disabilities. He studied Latin and Greek at Groton and mastered mathematics at Yale, meteorology in the Army Air Forces during World War II, and physics under Clarence Zener, Edward Teller and Enrico Fermi at the University of Chicago, where he earned a doctorate in 1952.
At M.I.T.’s Lincoln Laboratory in the 1950s and ’60s, he was a member of teams that helped lay the groundwork for random access memory (RAM) in computers and developed plans for the nation’s first air defense system. In 1976, as federal funding for his M.I.T. work ended, he moved to Oxford to teach and manage a chemistry lab, where he began his research on batteries.
Essentially, a battery is a device that makes electrically charged atoms, known as ions, move from one side to another, creating an electrical current that powers anything hooked up to the battery. The two sides, called electrodes, hold charges — a negative one called an anode, and a positive one called a cathode. The medium between them, through which the ions travel, is an electrolyte.
When a battery releases energy, positively charged ions shuttle from the anode to the cathode, creating a current. A rechargeable battery is plugged into a socket to draw electricity, forcing the ions to shuttle back to the anode, where they are stored until needed again. Materials used for the anode, cathode and electrolyte determine the quantity and speed of the ions, and thus the battery’s power.
The modern world has long sought batteries that are safe, reliable, inexpensive and powerful. The first true battery was invented in 1800 by Alessandro Volta, who stacked disks of copper and zinc and linked them with a cloth soaked in salty water. With wires connected to discs on both ends, the battery produced a stable current. Early car batteries were mostly lead-acid and bulky, capable of running ignitions and accessories, like lights, but until recent years not powerful enough to drive engines. Consumer electronics used zinc-carbon or nickel-cadmium batteries.
Just as Dr. Goodenough arrived at Oxford, Exxon patented a design by Dr. Whittingham, a British chemist employed by the company, for the first rechargeable battery using lithium for its negative electrode, and titanium disulfide, not previously used in batteries, for its positive electrode. It seemed a breakthrough because ions of lithium, the lightest metal, produced high voltage and worked at room temperature. The Whittingham battery was an advancement, but it proved impractical. If overcharged or repeatedly recharged, it caught fire or exploded.
Seeking to improve on the design, Dr. Goodenough also used lithium ions. But his insight, gleaned from experiments with two postdoctoral assistants, was to craft the cathode with layers of lithium and cobalt oxide, which created pockets for the lithium ions. The arrangement also produced a higher voltage and made the battery far less volatile. He succeeded after four years.
“It was the first lithium-ion cathode with the capacity, when installed in a battery, to power both compact and relatively large devices, a quality that would make it far superior to anything on the market,” Steve LeVine wrote in “The Powerhouse: Inside the Invention of a Battery to Save the World” (2015).
“It would result,” he added, “in a battery with twice to three times the energy of any other rechargeable room-temperature battery, and thus could be made much smaller and deliver the same or better performance.”
There was little interest in his discovery at first. Oxford declined to patent it, and Dr. Goodenough signed the rights over to a British atomic energy research organization. Scientists in Japan and Switzerland, meanwhile, found that lithium layered with graphitic carbon improved the anode.
Dr. Yoshino’s contribution, the Swedish Academy said, was to eliminate pure lithium from the battery, instead using only lithium ions, which are safer. He created a commercially viable lithium-ion battery for the Asahi Kasei Corporation, which started selling the technology in 1991.
In 1991, Sony, recognizing the commercial potential of the emerging technology, combined Dr. Goodenough’s cathode and a carbon anode to produce the world’s first safe rechargeable lithium-ion battery for the marketplace. Applications proliferated. Labs found new ways to shrink battery sizes, yoke them together and raise energy output. A revolution in wireless mobile devices and vehicular applications exploded.
“Goodenough’s original lithium-cobalt-oxide cathode structure is still used in the lithium-ion batteries found in almost all personal electronics like smartphones and tablets,” Helen Gregg wrote in The University of Chicago Magazine in 2016. “When he was tinkering with oxides back at Oxford, Goodenough had no idea of the impact his battery would have.”
John Bannister Goodenough was born in Jena, Germany, on July 25, 1922, the second of four children of Erwin and Helen (Lewis) Goodenough. His father was finishing graduate studies at Oxford University, and the family returned to the United States when John was an infant and settled in Woodbridge, Conn., after his father joined the Yale faculty to teach comparative religion.
In an interview for this obituary in 2017, Dr. Goodenough said that he and his siblings, Ward, James and Hester, had “mismatched” parents who were “aloof” with their children. John also struggled with undiagnosed dyslexia and was regarded as a backward student at local primary schools. As a teenager at the Groton School in Massachusetts, he made adjustments to cope with dyslexia.
“I overcame it in a sense,” he recalled. “I was able to read mechanically. And I covered my tracks a bit by avoiding English and history, and focusing on mathematics and languages — six years of Latin and four of Greek.” Rigorous educational standards at Groton and Yale also gave structure to his life, he said.
He graduated at the top of his Groton class in 1940 and received a scholarship to Yale, where he majored in mathematics, tutored and worked other jobs to pay for his education. He had almost completed coursework for his bachelor’s degree in 1943 when he was called to active duty in the wartime Army Air Forces. He received his degree after Yale gave him credit for a military meteorology course. He served in Newfoundland and the Azores.
After the war, he received a government scholarship to study physics at the University of Chicago. He earned a master’s degree in 1951 and a doctorate a year later. After working briefly for Westinghouse, he began his career at M.I.T.
In 1951, he married Irene Wiseman. They had no children. She died in 2016. He is survived by a sister, Ursula W. Goodenough, and a brother, Daniel A. Goodenough, both of whom are emeritus biology professors.
Dr. Goodenough held the Virginia H. Cockrell centennial chair in engineering at the University of Texas. He wrote eight books and more than 800 articles for scientific journals. His honors included the Japan Prize, the Enrico Fermi Award, the Charles Stark Draper Prize, the Welch Award in Chemistry and the National Medal of Science, which he was given by President Barack Obama in 2011.
Alex Traub and Chang Che contributed reporting.