Литиевый революционер
Двадцать пятого июня в столетнем возрасте скончался Джон Баннистер Гуденаф - учёный и изобретатель, который в 2019 году вместе с двумя коллегами был награждён Нобелевской премией за создание ионолитиевых аккумуляторов. Какое наследие оставил после себя Джон Гуденаф?
Самое главное - в 1980-м он разработал ионолитиевый электрохимический элемент, в катоде которого успешно использовал оксид кобальта. Новинка обеспечивала существенно большее рабочее напряжение, чем ранее выпускавшиеся литиевые элементы. Вскоре начался век мобильной электроники, который год от года только набирает силу.
Научный век
Джон Гуденаф родился 25 июля 1922 года в американской семье, в тот момент проживавшей в Йене (Германия). В 1944-м во время службы военным метеорологом он ухитрился получить степень бакалавра математики в Йельском университете. После окончания войны учился в магистратуре и в 1952 году защитил диссертацию по физике в Чикагском университете под руководством научного консультанта Кларенса Зенера.
Почти четверть века (24 года) Гуденаф трудился в лаборатории Линкольна при Массачусетском технологическом институте. Участвовал в различных проектах, включая разработку магнитной памяти с произвольным доступом для компьютеров. Затем переехал в Англию, где руководил лабораторией неорганической химии в Оксфордском университете. Именно там в 1980 году Джон Гуденаф предложил использовать кобальт в катоде ионолитиевого аккумулятора.
Стоит отметить, что на тот момент компания Exxon запатентовала литиево-металлическую перезаряжаемую батарею конструкции британского химика Уиттингема. На практике эта батарея оказалась неудачной: она не выдерживала многократных циклов и чрезмерных зарядок - загоралась или взрывалась. Производство более-менее надёжных ионолитиевых аккумуляторов, как известно, первой организовала японская компания Sony, которая сумела воспользоваться наработками Гуденафа и других исследователей.
С 1986 года Гуденаф работал профессором инженерной школы Кокрелл Техасского университета в Остине. Группа учёных под его руководством предложила безопасный железофосфатный катодный материал для аккумуляторов, рассчитанных на высокие нагрузки и длительный срок службы. Такие аккумуляторы сегодня широко применяются в вилочных погрузчиках, электроинструментах и других устройствах, где удельная ёмкость не так критична, как надёжность. Кстати, в Техасском университете учёные занимались также твердооксидными топливными элементами - для них были найдены перспективные электродные и электролитные материалы. Это направление сегодня бурно развивается в рамках набирающей популярность водородной энергетики.
В марте 2017 года команда исследователей под руководством Гуденафа разработала первые твердотельные электрохимические элементы, которые со временем обещают увеличить скорость зарядки, безопасность и срок жизни электромобильных батарей.
Занимаясь наукой на девятом десятке лет, Гуденаф считался среди коллег великолепным учителем. Легендарный исследователь щедро делился своим опытом с молодёжью.
Профессор Гуденаф являлся членом Национальной академии наук США, иностранным членом Французской академии наук и Лондонского королевского общества. Он написал более 550 научных статей, а также пять книг, в том числе две фундаментальные работы: «Магнетизм и химическая связь» и «Оксиды переходных металлов». Любопытно, что вплоть до получения Нобелевской премии Гуденаф был мало известен среди коллег-учёных, хотя над усовершенствованием ионолитиевых аккумуляторов всегда работали сотни коллективов во многих странах мира. Гуденаф стал старейшим лауреатом Нобелевской премии за всю её историю - эту награду он получил в 97 лет.
Тектонические сдвиги
Ионолитиевые аккумуляторы стали катализатором трёх технологических революций. Первая случилась в сотовой связи. Благодаря достижениям микроэлектроники и элементам питания с большой удельной энергией (литий - лёгкий металл) сегодня мы можем общаться и работать в дороге. Ущерб природе от добычи лития и кобальта преувеличивают, не учитывая, что исчезла необходимость прокладывать тысячи километров медных и оптических кабелей.
Нобелевскую премию
Вторая технологическая революция происходит прямо на наших глазах. Это электроприводной транспорт. Джон Гуденаф начал заниматься накопителями энергии в 1973 году потому, что в мире случился нефтяной кризис. Прогресс движется медленно - массовое внедрение электромобилей началось только в прошлом десятилетии, но путь пройден огромный: в ценах 1991 года аккумулятор ёмкостью 100 кВт·ч для электромобиля Tesla стоил бы восемьсот тысяч долларов.
Наконец, третья революция касается возобновляемой энергетики. Здесь ионолитиевые батареи играют вспомогательную роль, но она с каждым годом растёт. Промышленные накопители энергии многомегаваттного класса за рубежом уже сглаживают графики выработки ВИЭ-станций, участвуют в оказании системных услуг и даже используются для запусков традиционных энергоблоков. Наиболее широко внедрены ионолитиевые накопители в энергосистемах Калифорнии, Австралии, Китая. Саудовская Аравия и Великобритания запланировали построить хранилища энергии в объёмах, превышающих калифорнийские.
Подобные революции вызывают серьёзные изменения в экономике. Поначалу крупнейшие производители ионолитиевых элементов находились в Японии и Южной Корее, но сегодня две китайские компании - Contemporary Amperex Technology Limited (CATL) и BYD - контролируют почти половину мирового рынка. Семь компаний (три из Китая, три из Южной Кореи и одна из Японии) удерживают 90% мировых производственных мощностей. Опасаясь остаться на обочине технологической гонки, Евросоюз и США предложили производителям ионолитиевых батарей субсидии на постройку заводов.
Четвёртая технологическая революция, ставшая возможной благодаря трудам Гуденафа, пока только вызревает. Речь о повсеместном применении цифровых денег, то есть о ещё более широком использовании смартфонов. Так, Банк международных расчётов (Базель), который обеспечивает трансакции между центральными банками, поставил перед ними задачу выпуска национальных цифровых валют. Системы платежей должны быть созданы и отлажены до 2025 года.
Сам Гуденаф за шесть десятилетий трудовой деятельности больших денег не заработал. Он оформлял патенты вместе с коллегами, а получаемые научные стипендии обычно перечислял на благотворительные цели.
Читайте другие наши материалы
