Универсальное устройство - [42]

Первую настоящую батарею придумал в 1799 году итальянский учёный Алессандро Вольта, он пытался доказать, что его коллега Луиджи Гальвани заблуждался насчёт лягушачьего накопителя энергии.

Гальвани пропустил электрический ток через нервную систему мёртвой лягушки – этот ряд экспериментов вдохновил Мэри Шелли написать «Франкенштейна» – и решил, что у земноводных есть внутренний накопитель «животной электроэнергии». Он заметил, что, когда он железным скальпелем разрезал лапку, подвешенную на медном крюке, она начинала дёргаться. Вольта полагал, что опыты его друга демонстрируют наличие электрического заряда, пробегающего от одного металлического инструмента к другому через проводник. (Они оба оказались правы: живые мышцы и нервные клетки на самом деле обладают биоэлектричеством, и в то же время мясистая лягушка являлась проводником между электродами.)

Батарея состоит из трёх основных частей: двух электродов (анод с отрицательным зарядом и катод с положительным) и электролита, находящегося между ними. Чтобы опробовать свою теорию, Вольта соорудил столб из цинковых и медных дисков, чередующихся друг с другом, и ткани, смоченной солевым раствором и зажатой между каждым из них. Эта аляповатая башня и являла собой первую батарею.

Она работала точно так же, как большинство современных батарей, путём окисления и восстановления. Химические реакции приводят к накоплению электронов в аноде (в башне Вольты это был цинк), которые затем стремятся перейти на катод (медь). Электролит – будь то смоченная соленым раствором ткань или мёртвая лягушка – препятствует им. Однако, если вы соедините проводом анод с катодом, то замкнёте цепь, и анод станет окисляться (терять электроны); электроны направятся к катоду, генерируя в процессе электрический ток.

Развивая концепт Вольты, Джон Фредерик Даниель создал батарею, которую можно использовать как удобный источник электричества. Первичный источник тока, сделанный Даниелем, получил широкую известность в 1836 году и привёл, помимо всего прочего, к расцвету электрического телеграфа.

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.