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.
«Они мечтали стать «Лабораториями Белла» в энергоиндустрии», – рассказывает Уиттингем. Лаборатории Белла были до сих пор широко известны благодаря своей разработке транзистора, а также целому ряду изобретений, оказавших на мир большое влияние. «Они говорили: „Нам нужен электротранспорт. Давайте сами уйдём с рынка и не дадим никому вытеснить нас оттуда“».
«Шесть десятилетий неперезаряжаемый цинк и углерод являлись стандартным химическим составом батарей для бытовой техники, – пишет Левайн. – Никелево-кадмиевые батареи тоже были в ходу. Однако детище Уиттингема стояло на совершенно ином уровне. Мощное и лёгкое, оно могло бы зарядить энергией бытовую электронику куда меньших размеров (сравните iPhone и кассетный плеер Sony Walkman) – если бы только заработало».
Прорыв в области батарей взбудоражил головное подразделение. «Меня позвали в Нью-Йорк на собрание совета директоров Exxon, чтобы я объяснил им, чем мы занимаемся и к каким результатам могут привести наши разработки, – рассказывает мне Уиттингем. – Они сильно заинтересовались».
Впрочем, оставалась одна неразрешимая проблема: его батарея легко воспламенялась. «С возгораемостью было плохо, – говорит Уиттингем. – У нас случилось несколько пожаров, в основном когда мы разбирали батареи». Помимо этого батареи были слишком дорогими и сложными для производства, к тому же ужасно воняли, в самом прямом смысле слова».
Благодаря пожарам, запаху и пошедшему на спад нефтяному кризису Exxon так и не стала первым разработчиком электротранспорта, технологии батарей и источника альтернативной энергии. Вместо всего этого они с новыми силами бросились на нефть. Однако работа Уиттингема не канула в небытие, её продолжил человек, который сделал возможным расцвет бытовой электроники.
Салар-де-Атакама не так уж прекрасен, в отличие от местности вокруг. «Но какой же здесь ужасный запах!» – проносится у меня в голове, когда я бегло оглядываю розовые горы на плоском сухом море, покрытом колючими, пыльными солевыми кристаллами. Они похожи на погибшие коралловые рифы, поросшие грязью.
Быть бы этим кристаллам снежно-белыми, если бы ветер не приносил с гор земляную пыль, говорит Энрике Пенья, главный инженер литийдобывающих работ в Атакаме. Вокруг нас, во все стороны, насколько хватает глаз, простираются соляные поля.
«Так и представляю себе, как скачет испанский конкистадор по просторам Чили, вдруг заезжает сюда и ошалело: „Это ещё что за чертовщина?!“» – говорит Пенья. Пятьдесят квадратных километров бесплодного солончака. Пенья – молодой человек лет тридцати, с окладистой бородой и строгим деловым выражением лица, которое, впрочем, легко сменяется добродушной улыбкой. Его карьера в SQM быстро пошла в гору, и теперь он присматривает за тем, что ласково называет «мои пруды». Каждую неделю он покидает Сантьяго, где живёт его семья, и отправляется на удаленную разработку в высокогорной пустыне.
Добыча ископаемых прямиком из центра соляной пустыни выглядит необычно. Здесь нет никаких выдолбленных ходов в шахты и тёмных тоннелей, ведущих в глубины земли. Вместо них – ряды огромных испаряющихся соляных озёр ядовитого цвета, в которых отражаются горы, обрамляющие горизонт. Озёра отделены друг от друга соляными насыпями – побочным продуктом добычи.
Под всеми этими махровыми пластами соли, одним-тремя метрами ниже, находится гигантский резервуар с соляным раствором, жидкостью, в которой содержится высокая концентрация лития.
Представители SQM сопровождают нас в шикарный лагерь, где обычно останавливаются руководители, приезжающие проведать место добычи. Представьте себе крохотный пятизвёздочный отель с десятком комнат и личным шеф-поваром, внезапно возникший посреди очень фантастической, совершенно внеземной пустыни. Отсюда начинает свой путь современная литиевая батарея.
И думаю, именно отсюда лучше всего позвонить её изобретателю.
Когда я рассказываю Джону Гуденафу, что звоню с литиевого рудника в пустыне Атакама, тот отзывается гулким смешливым «охо-хо». Гуденаф – большая величина в своей области исследований, со времён литиевого открытия Уиттингема именно он породил большинство важнейших батарейных инноваций, и я слышу, как его смех становится всё громче и громче. В свои девяносто четыре года он всё ещё ходит на работу почти каждый день и теперь рассказывает мне, что стоит на пороге нового открытия, которое перенесёт нас в перезаряжающийся мир.
Гуденаф – ветеран боевых действий, он изучал физику в Чикагском университете под руководством Эдварда Теллера и Энрико Ферми и начал свою карьеру в лаборатории Линкольна при МТИ, работая над магнитным запоминающим устройством. К середине семидесятых, подобно Уиттингему, он из-за энергетического кризиса начал изучать энергосбережение и энергетические накопители. Затем Конгресс урезал финансирование его исследований, и Гуденаф отправился через океан в Оксфорд, где продолжил свою деятельность. Он знал, что Exxon наняла Уиттингема, чтобы тот создал литий-титанатный аккумулятор. «Но попытка была обречена на провал, – говорит Гуденаф, – потому что по всему легковоспламеняющемуся жидкому электролиту этой батареи формировались и росли дендриты, что могло приводить к взрывам».
Гуденаф полагал, что знает, как помочь делу. В своих ранних работах он обнаружил, что литий-магниевые оксиды формируют слоистую структуру, поэтому он начал разбираться, сколько лития можно добыть из различных оксидов прежде, чем они станут нестабильными. Литий-кобальтовый и литий-никелевый оксиды оказались тем, что надо.
К 1980 году его команда разработала литий-ионную батарею, используя в качестве катода литий-кобальтовый оксид. Такая комбинация оказалась в своём роде панацеей – или, как минимум, позволила удерживать большой заряд при малом весе, а к тому же оказалась намного более стабильной, чем другие оксиды.
И это основной химический состав, который вы найдёте внутри ваших iPhone. Ну, почти основной.
Впрочем, прежде чем стать краеугольным камнем беспроводной революции, литий-ионная батарея помогла разрешить более прозаичные проблемы с электроникой. Sony столкнулась затруднением, возникшим в новом многообещающем рыночном товаре: в видеокамерах. К началу девяностых видеокамеры съёжились, превратившись из гигантских наплечных чудовищ в компактные ручные устройства. Однако никель-кадмиевые батареи, которые использовались в индустрии, были громоздкими и неуклюжими. «Sony нуждалась в мощной батарее, которая поддерживала бы работу камеры, но при этом была достаточно мала, чтобы вместиться в эту самую камеру», – объясняет Сэм Джефф из аналитической компании Navigant Research. Новый ультралёгкий перезаряжаемый аккумулятор подходил по всем параметрам. Прошло не так уж много времени, и технология перескочила от брэндовых Sony Handycam к сотовым телефонам, а там уже и на остальную бытовую технику.
«К середине 1990-х почти во всех камерах использовались перезаряжаемые литий-ионные батареи, – объясняет Джефф. – Они вышли на рынок аккумуляторов для ноутбуков, а вскоре – и на стремительно растущий рынок сотовых телефонов. Тот же фокус сработал и с планшетами, электроинструментами и портативными компьютерными устройствами».
Доработанные исследованием Гуденафа и получившие широкое распространение через продукцию Sony, литиевые батареи образовали отдельную нишу мировой индустрии. За 2015 год они принесли рыночную прибыль в тридцать миллиардов долларов. И тенденция продолжается благодаря тому, что к их использованию подключились гибридный и электротранспорт. Такое глобальное и стремительное завоевание рынка, случившееся в 2015-2016 годах, напрямую связано с одним большим событием: открытием гигафабрики Tesla, которая готовится стать крупнейшей в мире фабрикой по производству литий-ионных аккумуляторов. Согласно исследованиям компании Transparency Market Research, к 2024 году мировой оборот литий-ионных батарей на рынке увеличится более чем в два раза и составит 77 миллиардов долларов.
Время прогуляться к озеру. Точнее, к озёрам. Из лития.
Моя беседа с Гуденафом затянулась дольше, чем я ожидал, и команда уже ждёт сигнала отправляться в путь, к литиевым прудам, которые являются центром всего процесса добычи.
– Прошу прощения, – подхожу я к Энрике. – Я просто заговорился с изобретателем литий-ионной батареи.
– И что он говорит? – спрашивает Энрике, стараясь не выдать своего жгучего интереса.