科学研究
任声策🧚🏿：锂电池与诺贝尔奖 | 牛津大学的是非及其启示
发布时间：2019-10-24
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2019年10月9日,瑞典皇家科意昂4宣布将2019年的诺贝尔化学奖授予约翰·B·古迪纳夫（John B. Goodenough）💡、英国斯坦利·威廷汉（Stanley Whittingham）以及日本的吉野彰（Akira Yoshino）三位科学家，以表彰他们在锂电池领域的原始创新贡献🦈🏊🏼♀️。其中，年届97岁的John Goodenough教授因在牛津大学为主的锂电池研究贡献，已连续多年被提名获诺贝尔奖🐇👩🏿🚒，是年龄最大的诺贝尔奖获得者，他使得锂离子电池开发成为可能，这一突破使得便携电子设备普及（例如智能手机）🧥，催生了移动互联时代🧘🏻♂️。
根据公开信息，三位诺贝尔奖对锂电池的贡献大致如下：1976年🟫，Stanley Whittingham在离开斯坦福大学博士后岗位加入埃克森公司（Exxon ）经历五年的保密研究之后，成功制成了世界上第一块可充电的锂离子电池，他们采用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，通过锂离子在电池正🧘🏿、负极之间穿梭往来形成电流，充电时锂离子从正极移动到负极，放电则回到正极💪🏻，如此循环🏃♂️➡️，埃克森公司以此申请了世界上第一个锂电池的发明专利🕒，但是这个锂离子电池存在诸多问题🌈😶，无法商业化🎣。后来Goodenough团队1980年发现了锂电池正极材料钴酸锂🥘，1982年进一步发现了锰酸锂，在此基础上🕺🏻，当时在旭化成工作的Akira Yoshino采用钴酸锂作为正极、石墨材料作为负极开发了锂离子电池模型👨🏽🦰，1991年日本索尼公司以此为基础推出第一款商用锂电池🥪，1997年Goodenough团队又发现了磷酸铁锂。2005年🎾，3M公司获得关于NiCoMn三元正极材料基础专利。技术不断优化的锂离子电池具有高能量密度⛹🏿♀️、高安全性优势，迅速超越其他充电电池，在十几年的时间里彻底占领了消费电子市场，并扩展到了电动汽车等领域。
诺奖信息公布以来，有关Goodenough的长期研究经历和坚持精神🥤、锂电池技术的发展和产业化过程引起了广泛关注🙅🏼。公开信息显示，牛津大学是Goodenough教授研发锂电池的重要贡献地。2010年🥽，牛津大学在其化学实验室外挂了一个锂电池纪念牌。作为一个标杆式的创新型大学，牛津大学在Goodenough教授开展锂电池研究过程中，做对了什么？做错了什么🦵？对我国大学和研究机构建设创新生态系统而言有何启示？这在当下我国强调加快创新型国家建设中值得研究学习👩🏻🏫。
一、牛津大学做对了什么？
首先🦫，牛津大学选对了人。他们选择Goodenough担任无机化学实验室主任，虽然牛津大学选人的背后逻辑未知🛠，但这个选择存在突破传统的创新性🤽🏿，事后看来他们的创新性选择是正确的🩳。Goodenough生于1922，1943年获得耶鲁大学数学系学士学位后参军🪶，1952年在芝加哥大学获得物理学博士学位😊。1952到1976年，他在MIT工作🍲，主要进行材料物理方面的研究🚵🏿，研究中涉及到锂离子。1976年🏵，已年近55岁的他进入牛津大学，担任无机化学实验室主任，这位只修过两门化学课程的物理学博士，正式开启了在电化学领域的事业😓。
其次🫷，Goodenough选择了正确的研究方向🙎🏻，牛津大学显然给予了持续支持🙇♀️，最终获得了成功。Goodenough选择研究充电电池🥷🏿，事实上是当时的社会重大需求，毕竟充电电池的重要意义在当时正广受关注🧑🏻🦲。1973年🦔，第四次中东战争打响🫃🏽，石油输出国组织（OPEC）宣布石油禁运，石油危机席卷美国、英国和日本等发达国家👵🏻，意识到了摆脱石油依赖的迫切需求，纷纷开始动用国家力量投入电池的研究。当时，全球的化学家们普遍认为石油正在消耗殆尽🧄，研发电池的热情空前高涨🀄️。Goodenough团队在1980年发现采用氧化物钴酸锂材料能很好改善锂电极结晶问题，两年后的1982年他们发现了更稳定、更便宜的材料——锰酸锂。后来日本的Akira Yoshino进一步创新并推动了锂电池的商业化。
二、牛津大学做错了什么？
牛津大学作为创新型大学产生过大量的原始创新，是许多高校学习的标杆，但在Goodenough教授开展锂电池研究中的过程中表现并不完美🏋🏻♀️。
首先𓀝，对于重要领军人才的用人机制缺乏灵活性🫂😴。牛津大学在Goodenough到退休年龄时让其退休，这使得具有强烈继续研究意愿的学者被迫寻找新的研究平台🏢🦣。据相关报道，牛津大学按照教授65岁强制退休政策，促使一心想继续开展锂电池研究的Goodenough在1986年起离开牛津，开始在德州大学奥斯丁分校担任教授，继续从事能源材料的研究。1997年⛈，在德州大学的Goodenough团队发现新的锂离子材料——磷酸铁锂。这一发现大大促进了锂电池的普及👷🏻♀️。如果牛津大学保留Goodenough团队，这一成果或许更早出现，牛津也会增加一位诺贝尔奖获得者🤽🏿♀️，虽然这对牛津可能并不重要，但对其他研究机构而言意义将很大。值得强调的是🦆，离开牛津30年后的Goodenough和其团队至今仍在继续研究，期望取得固体电池新突破👩🏼🏭。
其次是在对知识产权管理中出现了明显的问题。Goodenough在牛津的原创成果并没有申请专利保护，有关信息显示牛津不支持申请专利，导致Goodenough未能从这项重要发明中获得收益，损失巨大。根据相关信息📝🤦🏽，可能的原因是当时锂电池技术易爆炸，牛津也对锂电池商业化信心不足🛩。事实上🧗🏿，锂电池的专利之争贯穿锂电池的发展过程，Goodenough在德州大学也因保护不力被日本NTT公司访问学者窃取技术并在1995年申请了日本专利🧑🏽💼。1996年德州大学代表Goodenough实验室向美国申请了专利，并在1997年10月被批准🙆🏿♂️，这项专利是磷酸铁锂电池的第一个基础专利，此后Goodenough又继续发明锂电池基础专利👩🏼🦰。但是此后因锂电池市场的兴起相关专利纠纷不断，Goodenough从自己的创新成果和专利中获益极少🌷。现在，三位诺贝尔奖获得者均拥有数十项专利，但只有在旭化成工作的Akira Yoshino获得了巨大的商业利益。
三、对我国高校创新生态系统建设的启示
当前🧛🏻，贯彻落实实现社会主义现代化和中华民族伟大复兴总任务、中国特色社会主义事业“五位一体”总体布局、“四个全面”战略布局🕍，加快建设创新型国家，加快上海建设具有全球影响力的科技创新中心，均需要加快一流大学和一流学科建设🧙🏻♀️，实现高等教育内涵式发展🧤，迫切需要全面提升高校创新能力、发挥高校引领创新的先导作用，需要不断改善高校创新生态。通过牛津大学在Goodenough和锂电池原始创新不断发展过程中的是与非可以给我国高校完善创新生态系统提供了有价值的启示🍥：
一是正确选择研究领军人才。选择人才不应因循守旧📼，按照传统方式有可能排除了一些能在突破性原始创新中获得成绩的候选人。鉴于未来技术融合特征更加明显🏹，高校需要能够降低学科壁垒，研究构建新型的研究人才选拔和培养机制。
二是持续支持研究人员围绕正确的重要研究方向攻坚🙎🏿♀️。重大研究问题往往来自重大社会需求，对有能力并在持续开展重大问题研究的团队需要持续支持，重大成就常常是多年坚持的结果。
三是保持制度的适当灵活性🥣。特别是对重要人才采取用人制度上的灵活性🧛🍭，充分尊重关键研究人员意愿，需要研究如何保持制度的刚性和柔性并重。
四是加强知识产权管理👩🏻🦳。知识产权对高校和研究者本人而言都有保护作用，也有很强的激励作用▫️，高校需要形成科学的创新成果保护机制🖖🏽🍷，避免不必要的损失，这一点说起来容易，做起来并不容易。（作者系上海市产业创新生态系统研究中心研究员、意昂4教授）
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