Кто на самом деле изобрел литиевую аккумуляторную батарею

Многие уронили эстафету прежде, чем Sony наконец пересекла финишную черту.

Пятьдесят лет спустя С появлением литий-ионной аккумуляторной батареи легко понять ее ценность. Он используется в миллиардах ноутбуков, мобильных телефонов, электроинструментов и автомобилей. Мировые продажи превышают 45 миллиардов долларов США в год, а в ближайшее десятилетие они превысят 100 миллиардов долларов.

И все же этому революционному изобретению потребовалось почти два десятилетия, чтобы выйти за пределы лаборатории, при этом многочисленные компании в Соединенных Штатах, Европе и Азии рассматривали эту технологию, но все же не смогли осознать ее потенциал.

Первая версия, разработанная Стэнли Уиттингемом из Exxon в 1972 году, не продвинулась далеко. Он производился в небольших объемах компанией Exxon, появился на выставке электромобилей в Чикаго в 1977 году и некоторое время служил батарейкой типа «таблетка». Но затем Exxon отказалась от этого.

Различные ученые со всего мира взялись за исследования, но в течение примерно 15 лет успех был недостижим. И только когда разработка попала в нужную компанию в нужное время, она, наконец, встала на путь мирового доминирования в области аккумуляторов.

Акира Ёсино, Джон Гуденаф и М. Стэнли Уиттингем (слева направо) разделили Нобелевскую премию по химии 2019 года. В свои 97 лет Гуденаф стал старейшим лауреатом Нобелевской премии в истории. Йонас Экстромер/AFP/Getty Images

В начале 1970-х годов ученые Exxon предсказывали, что мировая добыча нефти достигнет пика в 2000 году, а затем начнет постепенно снижаться. Исследователям компании было предложено искать заменители нефти, используя любые виды энергии, не связанные с нефтью.

Уиттингем, молодой британский химик, присоединился к поискам в Exxon Research and Engineering в Нью-Джерси осенью 1972 года. К Рождеству он разработал батарею с катодом из дисульфида титана и жидким электролитом, в котором использовались ионы лития.

Батарея Уиттингема не была похожа ни на что, что ей предшествовало. Он работал путем внедрения ионов в атомную решетку материала основного электрода — процесс, называемый интеркаляцией. Производительность батареи также была беспрецедентной: она была перезаряжаемой и обладала очень высокой энергоемкостью. До того времени лучшей аккумуляторной батареей была никель-кадмиевая, выдававшая максимум 1,3 вольта. Напротив, новый химический состав Уиттингема дал поразительные 2,4 вольта.

Зимой 1973 года менеджеры корпорации вызвали Уиттингема в офис компании в Нью-Йорке, чтобы предстать перед подкомитетом совета директоров Exxon. «Я пришел туда и объяснил это — 5 минут, максимум 10», — рассказал мне Уиттингем в январе 2020 года. «И через неделю они сказали, что да, они хотят инвестировать в это».

Батарея Уиттингема, первая интеркаляционная литиевая батарея, была разработана в компании Exxon в 1972 году с использованием дисульфида титана в качестве катода и металлического лития в качестве анода. Йохан Ярнестад/Шведская королевская академия наук

Это было похоже на начало чего-то большого. Уиттингем опубликовал статью в журнале Science; Exxon начала производство литиевых батарей типа «таблетка», а швейцарский производитель часов Ebauches использовал эти элементы в наручных часах с солнечной зарядкой.

Но к концу 1970-х годов интерес Exxon к альтернативам нефти угас. Более того, руководители компании считали, что концепция Уиттингема вряд ли когда-либо будет иметь широкий успех. Они умыли руки от дисульфида лития и титана, лицензируя эту технологию трем аккумуляторным компаниям — одной в Азии, одной в Европе и одной в США.

«Я понял причину этого», — сказал Уиттингем. «Рынок просто не собирался быть достаточно большим. Наше изобретение было слишком ранним».

В 1976 году Джон Гуденаф (слева) поступил в Оксфордский университет, где возглавил разработку первого катода из оксида лития-кобальта. Техасский университет в Остине

Это был первый из многих фальстартов для литиевой аккумуляторной батареи. Джон Б. Гуденаф из Оксфордского университета был следующим ученым, подхватившим эстафету. Гуденаф был знаком с работами Уиттингема, отчасти потому, что Уиттингем получил докторскую степень. в Оксфорде. Но именно статья Уиттингема 1978 года «Химия интеркаляционных соединений: металлические гости в халькогенидных хозяевах» убедила Гуденаф в том, что передовым направлением в исследованиях аккумуляторов является литий. [Гуденаф скончался 25 июня в возрасте 100 лет.]