Доктор Гуденаф получил Нобелевскую премию в возрасте 97 лет за свой вклад в создание литий-ионного аккумулятора.
 |
|
| Рисунок 1. | Доктор Джон Б. Гуденаф с литий-ионным аккумулятором. |
В 2019 году, в возрасте 97 лет, доктор Джон Б. Гуденаф (John B. Goodenough) стал самым пожилым человеком, удостоенным Нобелевской премии. Гуденаф получил премию по химии за изобретение литий-ионного (Li-ion) аккумулятора в результате совершенного им в 1980 году открытия, позволившего тогдашней экспериментальной и опасной химии литиевых батарей выйти из лаборатории в качестве безопасного и универсального аккумулятора нового типа (Рисунок 1).
Гуденаф разделил премию с М. Стэнли Уиттингемом (M. Stanley Whittingham) и Акирой Йошино (Akira Yoshino), которые развили работу Гуденоу по коммерциализации технологии литий-ионных аккумуляторов (Рисунок 2).
 |
|
| Рисунок 2. | Доктор Джон Б. Гуденаф получает Нобелевскую премию по химии из рук короля Швеции Карла Густава. |
Преодоление детских проблем
Джон Б. Гуденаф родился в семье американских родителей в Йене, Германия, 25 июля 1922 года. Когда он появился на свет, его отец учился в Англии, а семья проводила лето в Германии. С помощью преподавателя английской грамматики юный Гуденаф преодолел недиагностированную дислексию и всего за несколько лет стал лучшим учеником в своем классе.
Гуденаф поступил в Йельский университет в 1940 году, не имея четкой цели или карьерных амбиций. Он изучал достаточно наук, чтобы обеспечить себе возможность поступления в медицинскую школу. Математика, физика и естественные науки привлекали его лишь постольку, поскольку эти области казались тогда популярными и могли стать хорошей основой 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 Майлс убедил Гуденафа поступить на метеорологический факультет Военно-воздушных сил США с отсрочкой начала обучения. Он продолжил учебу и был призван на действительную военную службу в 1943 году, когда до окончания учебы ему не хватало одного курса. Йельский университет предоставил ему кредит для учебы в США. Он с отличием окончил курс армейской метеорологии, получив степень бакалавра гуманитарных наук по математике.
После войны он поступил в аспирантуру, будучи еще офицером армии. Несмотря на то, что ему говорили, что он уже слишком стар, чтобы стать физиком и совершить какие-либо значимые открытия, он выбрал физику в качестве направления аспирантуры.
Новаторские работы в области памяти, возобновляемых источников энергии и магнетизма
После службы в военно-воздушном корпусе США Гуденаф начал заниматься научной деятельностью. Защитив докторскую диссертацию, он перешел в лабораторию Линкольна Массачусетского технологического института, где ему поручили проект по разработке памяти с произвольным доступом (ОЗУ), которая должна была превратиться из концепции в применимую технологию. Результатом работы команды стало созданию ОЗУ на магнитных сердечниках.
Его дальнейшая работа в области физики материалов внесла вклад в открытие высокотемпературных сверхпроводников, выращивание кристаллов кремния (что способствовало раннему внедрению полупроводников) и в развитие возобновляемых источников энергии, включая химию фотоэлектрических элементов. Гуденаф также выполнил новаторскую работу по современной теории магнетизма, что привело к разработке правил Гуденафа-Канамори. Эти правила важны для современных исследований в области магнетизма и имеют практическое применение в телекоммуникациях.
Гуденаф совершает прорыв в области литий-ионных аккумуляторов
После работы в лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института Гуденаф перешел в Оксфордский университет, где начал свои исследования, которые должны были привести к прорыву в области литий-ионных аккумуляторов. Он приступил к четырехлетнему исследовательскому проекту, в ходе которого был создан катод из слоев лития и оксида кобальта. Структура содержала карманы для ионов лития, что позволило создать стабильную конструкцию батареи с более высоким напряжением, чем это было возможно ранее. Было показано, что литий-ионные аккумуляторы, созданные с использованием катода Гуденафа, вырабатывают в два-три раза больше энергии, чем любые другие аккумуляторы, доступные на тот момент.
Однако технология Гуденафа была внедрена не сразу. Оксфорд отказался патентовать открытие, и Гуденаф передал права на него британской организации по исследованию атомной энергии. Соавтор Гуденафа, лауреат Нобелевской премии, доктор Йошино, в конце 1980-х годов внес дальнейшие усовершенствования, которые привели к созданию первого коммерческого литий-ионного аккумулятора в 1991 году.
Доктор Гуденаф покинул Оксфорд и последние 37 лет своей карьеры завершил в Техасском университете (Рисунок 3). В возрасте 98 лет он все еще искал следующий прорыв в технологии аккумуляторов. Он скончался за месяц до своего 101-го дня рождения, 25 июня 2023 года.
 |
|
| Рисунок 3. | Доктор Гуденаф со студентами Техасского университета. |
Значение литий-ионного аккумулятора сегодня
Значительная часть современного мобильного мира – от Bluetooth-гарнитур до автомобилей – зависит от скромного аккумулятора. Аккумуляторы для этих устройств должны обладать высокой плотностью энергии, а также быстро и безопасно заряжаться и разряжаться – на протяжении многих лет и циклов.
В 1980-х годах распространенными технологиями аккумуляторов были свинцово-кислотные для больших емкостей и никель-кадмиевые для портативных устройств. Хотя и того, и другого было достаточно для нужд того времени, они были совершенно неадекватны для современной мобильной электроники и аккумуляторов электромобилей. Литий-ионные аккумуляторы вошли в обиход в 1990-х годах, как раз в то время, когда только зарождался рынок портативных устройств. С тех пор отрасли литий-ионных аккумуляторов и мобильных устройств развивались совместно с поразительной скоростью.
Литий-ионные аккумуляторы называют одним из величайших изобретений в истории человечества, и основные принципы этой технологии восходят к открытиям и изобретениям доктора Джона Б. Гуденафа.
