Вспоминая Джона Б. Гуденафа, изобретателя литий-ионной батареи

В 2019 году в возрасте 97 лет доктор Джон Б. Гуденаф стал старейшим человеком, удостоенным Нобелевской премии . Гуденаф получил премию по химии за изобретение литий-ионной (Li-ion) батареи, ставшую результатом его прорыва 1980 года, который позволил тогдашней экспериментальной и опасной химии литиевых батарей покинуть лабораторию как безопасный и универсальный новый тип батареи.

Гуденаф разделил премию с М. Стэнли Уиттингемом и Акирой Ёсино, которые оба опирались на работу Гуденафа по коммерциализации технологии литий-ионных аккумуляторов.

Джон Б. Гуденаф родился в семье американцев в Йене, Германия, 25 июля 1922 года. Его отец учился в Англии, и когда он родился, семья проводила лето в Германии. С помощью преподавателя английской грамматики молодой Гуденаф преодолел недиагностированный случай дислексии и всего за несколько лет стал лучшим в своем классе.

Гуденаф поступил в Йельский университет в 1940 году без четкой цели и карьерных амбиций. Он получил достаточно знаний, чтобы оставить возможность поступить в медицинскую школу. Математика, физика и естественные науки привлекали его, поскольку эти области казались тогда популярными и могли обеспечить хорошую основу для аспирантуры.

Когда США были втянуты во Вторую мировую войну, он почувствовал великое призвание служить своей стране, хотя, по его словам, у него «не хватило смелости играть роль героя на войне». Профессор математики Эгберт Майлз убедил Гуденафа записаться на метеорологию в Воздушное ядро ​​армии США с отложенным началом. Он продолжил учебу и был призван на действительную военную службу в 1943 году, когда до окончания учебы оставался еще один курс. Йельский университет предоставил ему кредит на курс метеорологии армии США, и он окончил его с отличием, получив степень бакалавра искусств по математике.

После войны он поступил в аспирантуру, будучи еще армейским офицером. Несмотря на то, что ему сказали, что он слишком стар, чтобы стать физиком и сделать какие-либо важные открытия, он выбрал физику своей областью аспирантуры.

После службы в Воздушном корпусе армии США Гуденаф начал академическую карьеру. Работа над докторской диссертацией привела его в лабораторию Линкольна Массачусетского технологического института, где ему поручили проект по разработке оперативной памяти (ОЗУ) из концепции в пригодную для использования технологию. Работа команды привела к разработке оперативной памяти с магнитным сердечником.

Его более поздние работы в области физики материалов способствовали открытию высокотемпературных сверхпроводников, росту кристаллов кремния (что способствовало раннему развитию полупроводников) и возобновляемым источникам энергии, включая химию фотоэлектрических элементов. Гуденаф также выполнил новаторскую работу по современной теории магнетизма, что привело к разработке правил Гуденаф-Канамори . Эти правила важны для современных исследований магнетизма и имеют практическое применение в телекоммуникациях.

После работы в лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института Гуденаф перешёл в Оксфордский университет, где начал исследования, которые привели к прорыву в области литий-ионных технологий. Он приступил к четырехлетнему исследовательскому проекту по созданию катода из слоев оксидов лития и кобальта. Структура содержала карманы для ионов лития, что привело к созданию стабильной конструкции батареи с более высоким напряжением, чем это было возможно ранее. Было показано, что литий-ионные батареи, созданные с катодом Гуденафа, обеспечивают в два-три раза больше энергии, чем любые другие аккумуляторные решения, доступные в то время.

Однако технология Гуденафа не была немедленно использована. Оксфорд отказался запатентовать открытие, и Гуденаф передал права британской исследовательской организации в области атомной энергии. Один из солауреатов Нобелевской премии Гуденафа, доктор Ёсино, в конце 1980-х годов внес дальнейшие усовершенствования, которые привели к созданию первой коммерческой литий-ионной батареи в 1991 году.

Доктор Гуденаф покинул Оксфорд и завершил последние 37 лет своей карьеры в Техасском университете. В возрасте 98 лет он все еще искал следующий прорыв в аккумуляторных технологиях. Он скончался за месяц до своего 101-го дня рождения, 25 июня 2023 года.

Большая часть современного мобильного мира зависит от скромного аккумуляторного элемента, от Bluetooth-гарнитур до автомобилей. Батареи для этих устройств должны обладать высокой плотностью энергии, быстро и безопасно заряжаться и разряжаться — на протяжении многих лет и циклов.

В 1980-х годах распространенные технологии перезаряжаемых аккумуляторов включали свинцово-кислотные аккумуляторы большой емкости и никель-кадмиевые для портативных устройств. Хотя и того, и другого было достаточно для нужд того времени, их было совершенно недостаточно для современной мобильной электроники и аккумуляторов для электромобилей. Литий-ионная аккумуляторная батарея стала широко использоваться в коммерческих целях в 1990-х годах, когда только зарождался рынок портативных устройств. С тех пор индустрия литий-ионных аккумуляторов и мобильных устройств развивалась с поразительной скоростью.

Класс литий-ионных аккумуляторов был назван одним из величайших изобретений в истории человечества, а основные принципы этой технологии можно проследить до открытий и изобретений доктора Джона Б. Гуденафа.