Пятьдесят лет спустя: невероятное рождение лития

Чарльз Мюррей | 04 ноября 2022 г.

Осенью 1972 года Стэнли Уиттингему потребовалось всего три месяца, чтобы придумать концепцию батареи, которая изменила мир. Уиттингем, 31-летний химик, получивший образование в Оксфорде, думал, что видит техническую революцию на горизонте.

Пятьдесят лет спустя история о рождении его батареи кажется невероятной. Уиттингем был молод, только что закончил постдокторантуру в Стэнфордском университете и работал в корпорации Exxon в Нью-Джерси. По иронии судьбы, его концепция аккумуляторов не принесла бы пользы Exxon. Его ранние приложения включали видеокамеры, портативные компьютеры и сотовые телефоны, ни один из которых не имел удаленной связи с Exxon. Позже его концепция станет источником энергии для электромобилей по всему миру, став прямым конкурентом нефти Exxon. Оглядываясь назад, кажется невозможным, чтобы Exxon могла поддержать такие исследования. Но это произошло.

Работа Уиттингема в Exxon продвигалась быстро. Он присоединился к компании в сентябре 1972 года и через несколько недель начал работать над концепцией, которую изучал в Стэнфорде. Идея заключалась в введении ионов в атомную решетку некоторых металлов, а затем в извлечении этих ионов. Это называлось интеркаляция (произносится «по-тюркски-а-лай-шун»). «Я сказал: «Эй, мы можем хранить здесь энергию», — вспоминает он в книге «Долгая трудная дорога: литий-ионная батарея и электромобиль». «И тогда мы занялись электрохимическими исследованиями, а затем и батареями».

Он решил построить батарею, используя интеркаляционные материалы на обоих электродах. Сначала он рассмотрел различные слоистые соединения и выбрал в качестве катода батареи титан. Затем было принято решение, изменившее историю науки. В качестве анода он сначала исследовал калий, но решил, что он слишком опасен. Вскоре он остановился на мягком, серебристом и легком металле… литии. В конечном итоге он будет использовать литий в аноде батареи, а затем в ее электролите. Результаты были ошеломляющими. В то время как лучшие батареи того времени работали при напряжении 1,3 В, эта новая батарея обеспечивала напряжение 2,4 В. И, благодаря науке интеркаляции, он был перезаряжаемым. Рабочие версии литий-титановой дисульфидной батареи Уиттингема были закончены к декабрю 1972 года.

Месяц спустя Уиттингема вызвали менеджеры корпорации Exxon в их офисы в Нью-Йорке. «Меня попросили поговорить с подкомитетом совета директоров Exxon и объяснить, что я делаю», — вспоминает Уиттингем. «Кто-то из исследователей рассказал им, что происходит», — сказал он в «Long Hard Road». «Поэтому я пошел туда и объяснил это — минут пять, максимум десять. И через неделю они решили, да, они хотят вложить в это деньги».

То, что Exxon следовало инвестировать в технологию, способную конкурировать с нефтью, сейчас кажется невероятным. Но в 1972 году мир был другим. Научный консенсус в то время сводился к тому, что на Земле закончится нефть через 50 лет. По мнению ученых, к 2000 году доступность нефти серьезно снизится. Более того, в 1972 году культура корпоративных исследований была другой. Крупные компании, в том числе Exxon, глубоко верили в концепцию фундаментальных исследований — науки ради науки. Целью были научные работы и патенты. Предполагалось, что если произойдет прорыв, компания придумает, как извлечь из него выгоду.

Так было и с Уиттингемом. Его вдохновили двигаться вперед. Он так и сделал, и Exxon подала заявку на патент в Бельгии в 1973 году. Когда в 1973 году в Соединенных Штатах разразился нефтяной кризис, чувство срочности у Exxon возросло. К 1975 году ее адвокаты подали множество заявок на патенты США на батарею Уиттингема.

Конечно, батарея Уиттингема не называлась литий-ионной, и в ней не использовался тот же химический состав, что и в сегодняшних продуктах. Но в его основе лежит тот же фундаментальный механизм: ионы лития внедряются в основной электрод. Крошечная версия батарейки с таблеточным элементом была изготовлена ​​и использована в «вечных солнечных наручных часах», продаваемых швейцарской компанией Ebauches SA. Там оно сослужило отличную службу. Более того, было практически невозможно, глядя на эту новую батарею, не думать о потенциальном будущем электромобиля.