Универсальное устройство. Неизвестная история создания iPhone

С тех пор эволюция батареи продвигалась очень медленно: от медно-цинковых электродов Вольты до свинцово-кислотных аккумуляторов, используемых в автомобилях, а от них – до современных основанных на литии батарей. «Простота устройства батареи – всего несколько частей – одновременно и помогала, и препятствовала попыткам учёных усовершенствовать детище Вольты, – пишет Стив Левайн в книге „Источник энергии“[22]. – В 1859 году французский физик Гастон Планте изобрёл перезаряжаемую свинцово-кислотную батарею», которая использовала свинцовые электроды и серную кислоту в качестве электролита. «Разработка Планте мало чем отличается от первоисточника – по сути, это та же башня Вольты, сделанная на другой манер… Батарейки Energizer, вышедшие на рынок в 1980 году, – пишет Левайн, – можно считать ближайшим потомком изобретения Планте. За век с лишним наука не сдвинулась с места». Что несколько обескураживает, потому как батарея остаётся одним из крупнейших, хоть и незаметных, инструментов, определяющих наше взаимодействие с технологиями.

Однако нефтяные взлёты в 1970-х – когда нефтяное эмбарго заставило подскочить цены акций и ослабило экономику – наряду с появлением нового водородного аккумулятора, которым Форд собрался оснастить автомобили будущего, придали ускорение гонке на изобретение лучших батарей.

* * *

Многие считают чудовищной нелепостью факт, что изобретатели литий-ионного аккумулятора до сих пор не получили Нобелевскую премию. Литий-ионная батарея не только вдыхает жизнь в наши гаджеты, она является краеугольным камнем электротранспорта. Ирония же состоит в том, что её придумал учёный, нанятый самой скандально известной нефтяной компанией.

Во время своей работы в Стэнфорде в начале семидесятых, после защиты докторской, химик Стэн Уиттингем открыл способ поместить ионы лития на листы сульфида титана, что привело к созданию перезаряжаемой батареи. Вскоре он получил предложение на частное исследование альтернативных энергетических технологий в компании Exxon. (Да, та самая Exxon, известная сегодня своими попытками подвергнуть сомнению глобальное изменение климата, а также соперничеством с Apple за звание крупнейшей корпорации мира.)

Защита окружающей среды овладела умами общества после выхода в свет книги Рейчел Карсон «Безмолвная весна», где раскрывалась опасность ДДТ, утечки нефти в Санта-Барбаре и пожара на реке Кайахога. Форд обратил внимание на упреки, что его машины загрязняют воздух в городах и высасывают нефть, и начал экспериментировать с более экологичными эклектромобилями, что дало импульс разработке батарей. Тем временем казалось, что нефтяная промышленность начала достигать пика. Нефтяные компании нервно всматривались в будущее и искали способы вложить капитал в альтернативные предприятия.

«Я пришёл в Exxon в 1972 году, – рассказывает мне Уиттингем. – Они решили стать энергетической компанией, а не просто нефтяной и химической. Они заинтересовались батареями, топливными элементами, солнечными элементами, – говорит он, и „в какой-то момент они были крупнейшими в США производителями фотоэлектрических элементов“». Они даже построили гибридный дизельный автомобиль за десятки лет до появления Toyota Prius.

Уиттингем получил доступ к почти безграничным ресурсам. Перед ним поставили задачу «подготовить компанию к тому, что нефть скоро закончится».

Его команда знала, что в Panasonic придумали неперезаряжающиеся литиевые батареи, которые стояли в плавучих светодиодных лампах для ночной рыбной ловли. Но эти батареи охлаждались водами океана – немалый плюс, – потому что литий очень нестойкий, и при реакции выделяется очень много тепла.

Чтобы батарея стала полезной всем, у кого под рукой нет океана или иного обширного источника охлаждения, она не должна перегреваться. Литий или нет, но батареи могут перегреться, если от анода одновременно перебегает слишком много электронов, и в те времена существовал только один путь для этих электронов – через цепь. Команда Уиттингема изменила это.

«В Exxon мы разработали концепцию интеркаляции и создали первые перезаряжающиеся литиевые элементы, работавшие при комнатной температуре», – рассказывает Уиттингем. Интеркаляция – это процесс введения ионов между слоями сложного вещества; ионы лития в аноде переходят к катоду, создавая электричество, а так как реакция обратима, ионы лития могут вернуться обратно к аноду, перезаряжая батарею.

Всё так и есть: компания, которая почти все время в 2015–2016 годах мелькала в заголовках газет, уличаемая в том, что пытается заставить замолчать собственных учёных, предупреждавших о реально нависшей угрозе изменения климата, в ответе за появление на свет батареи, которая используется в современных электромобилях.