мительно, подобно катапульте, превратило хорошую идею литий-ионных батарей в коммерчески успешное изделие. История литий-ионного аккумулятора с тех пор испытала довольно много поворотов. Короткая версия событий состоит в том, что в этой области произошла коммерциализация нескольких других катодных материалов из лаборатории Джона после того, как в 1992 году он переехал из Оксфорда в Техасский университет. Примечательно, что Джон никогда не зарабатывал деньги на литий-ионных батареях. Оксфорд не запатентовал технологию; в университете тогда мало занимались защитой интеллектуальной собственности. Джон передал лицензионные права расположенному недалеко от Оксфорда британскому исследовательскому учреждению по атомной энергии. Джон Гуденаф говорит, что его часто спрашивают: «Вы предвидели, к чему приведет ваша работа?» — «Конечно, нет, — отвечаю я. — Я не знал, что ее результаты будут стоить миллиарды». Действительно, отраслевые аналитические фирмы предсказывают, что стоимость глобального рынка литий-ионных батарей вырастет в следующие пять лет до 100 миллиардов долларов от нынешних примерно 35 миллиардов. Специалисты уже много лет говорили, что Джон должен получить Нобелевскую премию. И вот свершилось! «Признание далось Джону нелегко, потому что физики на самом деле не считают его физиком, а химики — не считают химиком, — говорит Стэнли Уиттингем. — Он фактически увлекался междисциплинарной наукой до того, как это стало принято». Мария Хелена Брага, профессор кафедры инженерной физики Университета Порту в Португалии, сотрудничает с Джоном с 2015 года и проводит много времени в Остине, чтобы понять свойства стекловидного твердого электроли-
Устройство литий-ионного аккумулятора не претерпело принципиальных изменений за прошедшие почти тридцать лет, и мы писали о нем дважды — в 2003 году (№ 7—8) и 2016-м (№ 7). Серьезным прорывом стало использование в электродах аккумулятора углеродных нанотрубок. В результате электроды стали во много раз долговечнее, аккумулятор теперь выдерживает гораздо больше циклов разрядки-зарядки, уменьшилась и так называемая «память»: его теперь не надо полностью разряжать перед зарядкой. Но к чему надо стремиться, какие задачи стоят перед создателями аккумуляторов? В большой возобновляемой энергетике можно обойтись тяжелыми стационарными аккумуляторами, свинцовокислыми, кадмиевыми или ванадиевыми, которые стоят гораздо дешевле литий-ионных; лишь Илон Маск пропаган-
This article is translated and reproduced with permission from Chemical & Engineering News (© 2019 American Chemical Society). The article was first published on Sept. 4, 2019 (https://cen.acs. org?utm_source=HIJ&utm_medium=Partner&utm_campaign=CEN); the podcast episode (https://cen.acs.org/people/profiles/Podcast-97-lithium-ion-battery/97/i35?utm_source=HIJ&utm_medium=Partner&utm_campaign=CEN)
Технологии и общество
дирует компактные, но пожароопасные литиевые аккумуляторы для домашних энергетических систем с солнечными батареями. С мобильной электроникой также все понятно — она прекрасно работает с имеющимися батареями, хотя, конечно, никто не возражает, если аккумулятор будет меньше и мощнее, но это задача скорее количественного, а не качественного роста. Однако в начале XXI века, после изобретения Дином Кейменом знаменитого сигвея, ситуация резко изменилась. Теперь легкие, компактные и мощные аккумуляторы критически важны для внезапно возникшего сектора техники — электрических средств личного передвижения (электросамокатов, моноколес и прочих мобилей); с тяжелыми аккумуляторами такие мобили невозможны. Этот сектор растет столь взрывными темпами, что регулирующие органы не успевают осознавать изменяющуюся реальность и выпускать нормативные акты, обеспечивающие безопасность других участников дорожного движения. Вот этот сектор, похоже, и станет главным инициатором дальнейшего аккумуляторного прогресса.
«Химия и жизнь», 2019, № 11, www.hij.ru
Аккумулятор и транспорт будущего
та. Стэн и Джон не смогли заставить их работать в литиевой батарейке, но исследователи не оставляют попытки. Литий опасен, когда он подвергается воздействию воздуха и влаги, и особенно, когда нагревается. Если его защитить правильной оболочкой и использовать твердый электролит вместо горючей жидкости, батарея станет действительно безопасной. Твердый электролит Браги состоит из лития, кислорода, хлора и легирован небольшим количеством бария. Джон любит называть его «Брага гласс». Есть также версия с натрием вместо лития. Стекло — отличный ионный проводник, а Джон и Хелена пытаются понять его свойства, чтобы использовать в качестве безопасной альтернативы легковоспламеняющимся жидким электролитам в литиевых или натриевых батареях. Хелена говорит, что у Джона есть врожденное чувство эксперимента, позволяющее судить о том, будет план разумным или нет; 70 с лишним лет размышлений об атомах и электронах в твердых телах, особенно магнитных материалах, дали Джону Гуденафу возможность представить себе, что происходит на атомном уровне. Поэтому Джон столь увлеченно ищет идеальный твердый электролит.
17
