Plastikinės baterijos: visos įkrautos ir laukiama

Daugelis žmonių kiekvieną rytą tikrina savo fakso aparatus, tačiau šiais laikais Theodore'as Poehleris ir Peteris Searsonas ypač domisi tuo, kas rodoma jų aparatuose. Ši pora Johnso Hopkinso universiteto mokslininkų mano, kad yra labai arti susitarimo, galinčio paversti jų mokslinius tyrimus – visiškai plastikinę bateriją – komercine realybe. Kiekvieną dieną jie tikisi pamatyti galutinius daugiau nei metus trukusių derybų rezultatus, tikėdamiesi kelių didelių akumuliatorių kompanijų sprendimo arba privačių investuotojų, kurie išreiškė norą išleisti dešimtis milijonų dolerių, žodžio.

Susitarimas su tinkama akumuliatorių įmone ar rėmėjų grupe gali paversti jų išradimą iš laboratorinio smalsumo į kylančią žvaigždę didžiulėje baterijų rinkoje. Prototipas yra puikus – mažas, lengvas ir įkraunamas. Dar labiau intriguoja tai, kad jis pateikiamas iš plonų, lankstytų lakštų, kuriuos galima suformuoti į vizitinę kortelę primenančią formą. Poehleris ir Searsonas mano, kad naujoji baterija galėtų atlikti pagrindinį vaidmenį naujos kartos elektrinėse transporto priemonėse, palydovuose ir lengvuose elektroniniuose prietaisuose – netgi kaip standartinių AA dydžio baterijų pakaitalas.

Ši istorija buvo mūsų 1998 m. liepos mėnesio numerio dalis

• Žr. likusią numerio dalį
• Prenumeruoti

Tai yra svajonė. Tačiau norint tai paversti realybe, reikia pinigų – daug pinigų. Taip pat reikia verslo išminties. Poehleris ir Searsonas žino, kad sėkmės garantijos nėra. Abu esame labai saugomi, – paaiškina Peohleris. Jei taip atsitiks, tai atsitiks – jei ne, mes stengiamės tiesiog galvoti apie tyrimą, kad technologija būtų geresnė.

Jų istorija pasakoja apie tai, kaip pagrindiniai mokslininkai, dirbantys pažangiausioje srityje, gali atsidurti verslumo, rizikos kapitalo ir stambaus verslo pasaulyje. Ir kaip jiems ten patekus problemos gali būti tokios pat sudėtingos – ir daug mažiau pažįstamos – nei tos, su kuriomis jie susiduria laboratorijos stende.

Poehleris, elektros ir kompiuterių inžinerijos profesorius ir universiteto viceprovokas tyrimams, ir Searsonas, medžiagų mokslų ir inžinerijos profesorius, niekada nesiruošė būti verslininkais. Kai prieš šešerius metus jie pradėjo ieškoti visiškai plastikinio akumuliatoriaus, jie tiesiog norėjo atlikti gerą mokslą, išbandyti medžiagos ir sistemos ribas. Profesoriai vadovavo Johnso Hopkinso tyrėjų grupei, kurioje buvo Jeffrey Killian, Josefas Goferis ir Haripada Sarker; Vėliau prie grupės prisijungė absolventė Jennifer Giaccai. Pažanga vyko lėtai, bet 1996 m. jie turėjo veiksmingą prototipą. Tada praėjusių metų pradžioje Johnso Hopkinso universiteto pranešimas spaudai, kuriame buvo kalbama apie naujos plastikinės baterijos kūrimą, sukėlė žiniasklaidos siautulį.

Populiarus mokslas plastikinę bateriją paskelbė Metų išradimu. Televizijos komandos atvyko iš Švedijos, Tokijo ir Brazilijos ir klajojo laboratorijoje. Tyrėjai pasirodė CNN ir „USA Today“. Grupės absolventai tapo vietos žiniasklaidos žvaigždėmis. Šimtai įmonių ir investuotojų teiravosi apie naują technologiją, bandydamos paversti jos elektros potencialą į pelną. Volstryto analitikai paragino gauti informaciją apie bet kokius sandorius, kurie gali būti pasirašyti dėl baterijos gamybos komerciniais tikslais.

Šiomis dienomis, praėjus daugiau nei metams, laboratorija beveik grįžta į normalią būseną. Neseniai TR apsilankius, buvo pastebėta įprasta universiteto laboratorijos tyla, tyrėjai užsiima mokslo veikla. Televizijos komandos dingo. Nuolatinis lankytojų srautas retėjo.

Iš žiniasklaidos žvilgsnio Johnso Hopkinso komanda, kaip ir kiti akademiniai tyrinėtojai, sukūrę karštą naują medžiagų technologiją, naršo verslo ir finansų pasaulyje.

Nesuklyskite – statymas didelis. Sėkmingas plastikinės baterijos komercializavimas gali reikšti didelius pinigus jos akademiniams išradėjams ir jų universitetui. Vien JAV baterijų rinka siekia 5,8 milijardo dolerių per metus ir yra pasirengusi sparčiai augti, nes naujos kartos elektromobiliams ir mažesniems elektroniniams prietaisams reikia efektyvesnių, lengvesnių įkraunamų baterijų. Korporacinės ir akademinės laboratorijos visame pasaulyje stengiasi rasti sprendimą, daug dėmesio skirdamos ličio akumuliatoriams ( žr. šoninę juostą ).

Plastikinė baterija galėtų išsklaidyti pelningą nišą. Dauguma baterijų šiandien yra pagamintos iš toksiškų ir aplinkai kenksmingų sunkiųjų metalų, tokių kaip švinas ir kadmis. Tačiau plastikinėse baterijose nėra metalų ir jos yra lengvai perdirbamos. Jie turi būti sandarūs, kad drėgmė nesuslopintų jų krūvio, tačiau viduje esantys polimerai yra toli nuo ličio, kuris gali sprogti veikiamas vandeniu.

Be to, visiškai plastikinis akumuliatorius yra pagamintas iš plonų, foliją primenančių lakštų – tai labai svarbus privalumas tiems, kurie kuria gaminį ir turi išsiaiškinti, kur įspausti bateriją. Įsivaizduokite nešiojamųjų kompiuterių korpusus, išklotus plonais baterijos lakštais arba automobilio konstrukcijų dalimis, išklotomis maitinimo šaltiniais, net ir palydovus, kuriuose plastikinė baterija įsprausta bet kurioje laisvoje vietoje. Galite padaryti ją beveik bet kokia norima konfigūracija, sako Searsonas.

Triukas yra surasti polimerinį anodą, tinkamą veikiančiam akumuliatoriui. Kai naudojami akumuliatoriuje, tam tikri polimerai gali veikti kaip puikūs katodai, lengvai priimantys elektronus, ateinančius iš anodo per išorinę grandinę. Kita vertus, kad laidus polimeras veiktų kaip anodas, jis turi būti legiruotas taip, kad į polimero pagrindą būtų priverstas papildomas elektronas, suteikdamas jam neigiamą krūvį. Tačiau skirtingai nuo legiruotų katodų, legiruoti anodai yra nestabilūs ir pažeidžiami drėgmės.

Nepaisant iššūkio, Johnso Hopkinso komanda veržėsi į priekį. Galiausiai jie išsiaiškino, kad įtraukę ličio joną į polimero grandinę, jie gali priversti tam tikros rūšies plastiką, vadinamą polipiroliu, veikti kaip anodas. Po trejų metų pastangų Poehleris pajuto, kad ši sistema pradėjo atrodyti neblogai. Iki 1995 m. vasaros laboratorija pagamino veikiančią bateriją. Tačiau akumuliatorius gamino tik apie vieną voltą viename elemente – per mažai daugeliui programų – ir vis tiek reikėjo ličio kaip priedo.

Komanda grįžo prie piešimo lentos. Šį kartą jie padarė reikšmingą proveržį per kiek daugiau nei šešis mėnesius. Johns Hopkins komanda kreipėsi į polimerų šeimą, vadinamą fluorfeniltiofenais, kad sudarytų elektrodus; vienas šeimos narys, 3,4,5 TFPT, veikia kaip anodas, o kitas, 3,5 DFPT, kaip katodas. Tada polimerai buvo įterpti aplink akumuliatoriaus elektrolitą, pagamintą iš plono poliacilonitrilo gelio. Baterija gali pagaminti tris voltus elektros vienam elementui ir būti įkraunama šimtus kartų.

Tai buvo nepaprastas proveržis. Baterijos yra tokios pat lanksčios kaip plastikinė plėvelė, todėl jas galima susukti į įprastinio žibintuvėlio baterijos cilindro formą arba naudoti kaip kreditinės kortelės plonus lapus. Skirtingai nuo įprastų baterijų, kurios dažnai neveikia esant žemesnei nei užšalimo temperatūrai, jos gali veikti net -40 laipsnių C temperatūroje. Papildomai išsikraunant baterijos keičia spalvą, todėl lengva atskirti, kada reikalingas papildymas.

Dabar laboratorija turėjo veiksmingą prototipą, tačiau tai buvo tik atspirties taškas sunkiame komercializavimo kelyje. Poehleris, matęs daugybę technologijų perdavimo sandorių, būdamas viceprovosto pareigas, vadovavo komandos verslo pastangoms. Pirmasis iššūkis yra nustatyti, ar technologija yra konkurencinga, aiškina jis. 1996 m. pabaigoje, kai istorija nutrūko žiniasklaidoje, Johnso Hopkinso tyrinėtojai buvo įsitikinę, kad jų baterija pasiekė tą etapą. Jie rūšiavo užklausų antplūdį ir susitiko su daugiau nei 40 potencialių mokslinių tyrimų partnerių ar finansuotojų, lankydavosi arba daugiau nei metus beveik kiekvieną savaitę lankydavosi įmonės ar tyrimų grupės.

Į daugumą susitikimų žiūrėjome ne kaip į galimybę sudaryti verslo sandorius, o kaip į galimybę keistis informacija, sako Poehleris. Vis dėlto pagrindinis tikslas buvo sudaryti svarbų sandorį, kuris padėtų bateriją pateikti rinkai, o ne tik atneštų pinigų tolesniems tyrimams. Mes vis dar dirbame šiuo klausimu ir visada stengiamės pasiekti tašką, kai technologija pati parduos, sako jis.

Tačiau pasiekti tą tašką nėra lengva. Tiesą sakant, tai reiškia derybas dėl sudėtingo rizikos kapitalo ir įmonių finansavimo pasaulio. Poehleris ir Searsonas turi įspūdingą akademinę reputaciją, tačiau, kaip ir dauguma mokslininkų, nė vienas neturi daug patirties verslo vairavimo ir prekybos srityje bei aukštų finansų pasaulyje.

Tai reikalauja kitokių įgūdžių nei mokslas, sako Lita Nelsen, MIT technologijų licencijavimo biuro direktorė. Yra keletas žmonių, kurie turi abu įgūdžių rinkinius, bet nedaug. Didėjanti rizikos kapitalo dolerių pasiūla ir verslo investuotojai, ieškantys karštų technologijų, reiškia didėjančias verslo galimybes universitetų mokslininkams. Tačiau Nelsenas teigia, kad mokslininkai dažnai sutelkia dėmesį tik į finansinius sandorio aspektus, kai iš tikrųjų turėtų ieškoti daugiau nei pinigų. Pinigai yra prieinami. Jie turėtų ieškoti išminties, kuri eina kartu su ja – išminties žinoti, ką daryti tokiose situacijose, kai vykdomasis direktorius nedirba arba kai kas nors pažeidžia jų patentą.

Akademiniai mokslininkai susiduria su daugybe sudėtingų sprendimų, bandydami nukreipti savo technologijas iš laboratorijos į verslo pasaulį. Pavyzdžiui, jie galėtų tiesiog licencijuoti savo patentą ir tęsti tyrimus. Arba jie galėtų užmegzti bendradarbiavimą su įmone, kuri galėtų suteikti rinkodaros ir gamybos patirties, kurios mokslininkams trūksta. Galiausiai jie galėjo pabandyti rasti finansavimą savo pradedančiajai įmonei.

Kiekvienas variantas turi privalumų ir trūkumų. Kad ir koks būtų jų sprendimas, Poehleris ir Searsonas sako, kad planuoja likti savo akademiniuose darbuose ir leisti verslininkams vadovauti bet kuriai įmonei. Technologijos licencijavimas įsitvirtinusiai akumuliatorių įmonei yra finansiškai saugus, bet paprastai reiškia visiškos kontrolės atsisakymą. Rizikos kapitalo finansavimas taip pat gali reikšti, kad tyrėjai atsisakys daugiau kontroliuoti baterijos atjungimą, nei turėtų su kitais privačiais kapitalo šaltiniais.

Sprendimas priklauso nuo to, ar plastikinė baterija kada nors išeis iš laboratorijos ir pasirodys kaip praktiškas prietaisas. Naujų tipų baterijų komercializavimas yra žinomai brangus procesas, reikalaujantis naujų gamyklų ir ilgalaikio įsipareigojimo naudoti tam tikros rūšies technologijas. Kai korporacija licencijuoja technologiją, ji iš esmės įgyja jos likimo kontrolę, įskaitant pasirinkimą sunaikinti jos plėtrą. Išsirinkite netinkamą partnerį ir bateriją – kai tik 30 sekundžių televizoriaus garsas numylėtinis – gali būti greitai nustumtas į korporacijos krūvą geresnių baterijų, kurios niekada neišsikrovė.

Kita vertus, tinkamas verslo manevravimas gali suteikti pelningą atlyginimą Searsonui ir Poehleriui, taip pat saujelei jų laboratorijos bendradarbių. Kaip ir dauguma tyrėjų, kurie atranda ką nors turinčio komercinio potencialo, Searsonas, Poehleris ir jų kolegos rūpėjo pateikti patentą prieš viešai paskelbdami bet kokias išvadas. Patentas priklauso universitetui, tačiau pelnas arba licencijos mokesčiai padalijami taip, kad trečdalis atitenka universitetui, trečdalis tyrėjams ir trečdalis laboratorijai būsimiems tyrimams. Jei dalyvaujančių asmenų skaičius tampa labai didelis, tyrėjų asmeninė dalis sumažėja iki maždaug 15 procentų.

Tačiau šiuo metu atrodo, kad Johns Hopkins plastikinė baterija yra pakabinta ant „catch-22“, kuri dažnai kankina laboratorijas, norinčias parduoti technologijas ankstyvosiose kūrimo stadijose; projektui reikia daugiau finansavimo, kad jis pasiektų kitą plėtros etapą, tačiau finansų rėmėjai nori pamatyti labiau išvystytą technologiją, kol neatlaisvins piniginės.

Be to, nors rizikos kapitalo rinka ir toliau klesti ir yra paruoštas dolerių šaltinis informacinių technologijų ir biotechnologijų naujokams, rizikos investicijos į naujas medžiagas tebėra vangus ir dažnai apleistas sektorius. „Wall Street“ nemėgsta istorijų apie medžiagas, sako Joe Lovettas, rizikos kapitalo įmonės „Medical Science Partners“, kuri finansuoja biotechnologijų ir medžiagų mokslo startuolius.

Joshas Lerneris, Harvardo verslo mokyklos docentas ir rizikos kapitalo ekspertas, sako, kad devintojo dešimtmečio pabaigoje medžiagų mokslas trumpam išpopuliarėjo dėl superlaidumo aukštoje temperatūroje. Tačiau atrodo, kad žmonės nusivylė šia sritimi. Lerner teigia, kad net ir klojant rizikos investicijoms, vis dar yra labai siaura finansuojamų technologijų sritis; 80–85 procentai įmonių yra informacinių technologijų ir gyvybės mokslų srityse.

Be tokių finansavimo kliūčių, plastikinė baterija susiduria su didele konkurencija su keletu kitų perspektyvių baterijų tipų, įskaitant cinko-oro baterijas ir ličio baterijas. Kiekviena iš šių technologijų turi šimtus milijonų dolerių investicijų ir svarbią pradžią. Kai kurie jau buvo pagaminti dideliu mastu. Kaip ir plastikinis akumuliatorius, jie yra veiksmingi, lengvi ir kompaktiški. Ličio polimerų baterijas, pavyzdžiui, galima suformuoti beveik bet kokia forma, netgi supjaustyti į gabalus neprarandant įkrovos.

Taigi kokia tikimybė, kad vieną dieną atsidursime automobiliuose, kurių dalys išklotos plastikinėmis baterijomis, ir kalbėsime mobiliaisiais telefonais, maitinamais iš šių dalykų? Dar per anksti pasakyti. Jei Poehleris turėtų savo pasirinkimą, viena didžiausių pasaulyje akumuliatorių kompanijų pasakytų: „Mes imsime tai, pagaminsime ir duosime jums daug, o jūs vis tiek galėsite dirbti patys, kad patobulintumėte technologiją“, arba rėmėjas ateis ir duos jiems daug pinigų, kad jie įkurtų įmonę.

Tačiau Johnso Hopkinso mokslininkai žino, kad tai nėra taip paprasta. Taigi kiekvieną rytą Poehleris ir Searsonas toliau ieško pasirašyto susitarimo, kuris galėtų priartinti mus prie plastikinės baterijos realybės. Nepaisant visų tyrimų laimėjimų, žiniasklaidos ažiotažo ir daug žadančių susitikimų, tai vis dar yra svajonė, norint padaryti didelį šuolį į komercinį pasaulį.

paslėpti