ממציא הסוללה שיש בכל סמארטפון כבר יודע מה תהיה ההתפתחות המדעית הכי חשובה - גלובל - TheMarker
 

אתם מחוברים לאתר דרך IP ארגוני, להתחברות דרך המינוי האישי

טרם ביצעת אימות לכתובת הדוא"ל שלך. לאימות כתובת הדואל שלך  לחצו כאן

תיק מניות

רשימת קריאה

רשימת הקריאה מאפשרת לך לשמור כתבות ולקרוא אותן במועד מאוחר יותר באתר,במובייל או באפליקציה.

לחיצה על כפתור "שמור", בתחילת הכתבה תוסיף את הכתבה לרשימת הקריאה שלך.
לחיצה על "הסר" תסיר את הכתבה מרשימת הקריאה.

לרשימת הקריאה המלאה לחצו כאן

ממציא הסוללה שיש בכל סמארטפון כבר יודע מה תהיה ההתפתחות המדעית הכי חשובה

ג'ון גודאינף הוא הפיזיקאי שהמציא את הסוללה שבלעדיה לא היינו יכולים להסתובב ברחוב עם סמארטפון או לנסוע במכוניות חשמליות ■ לרגל זכייתו בפרס לחדשנות בתחליפי נפט בישראל, הוא מספר על פריצות הדרך שמחכות בתחום אחסון האנרגיה

11תגובות

יש משהו שקיים בחיים של כולנו, שבלעדיו היה לנו קשה מאוד להסתדר, ולמרות זאת איננו חושבים עליו כמעט. ההמצאה הזו נהפכה למסחרית רק ב–1991, והיא נמצאת בבסיס של מהפכת הניידות הדיגיטלית — זוהי סוללת הליתיום־יון. הסוללה הזאת, שמייצרת מתח חשמלי גבוה יותר ומזהמת פחות מדורות קודמים של סוללות, מתדלקת את פעולת הסמארטפונים, הטאבלטים, המחשבים הנישאים ומכוניות חשמליות והיברידיות. עכשיו דמיינו את העולם בלעדיה.

האיש שבזכותו קיימת סוללת הליתיום־יון הוא ג'ון באניסטר גודאינף (Goodenough), פיזיקאי יליד 1922, שב–1980 המציא את קתודת תחמוצת הקובלט — המרכיב העיקרי בסוללה — לאחר שני עשורים של מעורבות בכמעט כל התקדמות בפיתוח הסוללות. שמו הוזכר פעמים רבות כמועמד לפרס נובל ביחד עם אקירה יושינו, שהמציא רכיב חשוב נוסף בסוללה.

ברק אובמה ג'ון גודאינף
רויטרס

השבוע מגיע גודאינף לישראל לוועידת ראש הממשלה לתחליפי דלקים ותחבורה חכמה שתתקיים בתל אביב ממחר, כדי לקבל את פרס ראש הממשלה לחדשנות בשימוש בתחליפי נפט על שם אריק ושילה סמסון. הוועידה תעסוק בעתיד עולם התחבורה, המושפע מהתקדמות הדלקים החליפיים, ובמהפכת "התחבורה החכמה". הפרס, בשווי מיליון דולר, מוענק למדענים שקידמו משמעותית את תחום תחליפי הנפט לתחבורה, והוא הפרס הכספי הגדול ביותר בתחום האנרגיה החליפית.

גודאינף יחלוק את הפרס עם פרופסור ג'יי קיסלינג מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי שבארה"ב, שהתמחה במחקרים בתחום הנדסה גנטית, בהפיכת ביומאסה תאית לדלקים פחמימניים. גודאינף מתכונן לתרום את הכסף לאוניברסיטת טקסס, שבה הוא חוקר.

לא, גודאינף אינו מיליארדר כמו שהיה ניתן לצפות ממישהו שהמציא את הבסיס לאחת ההמצאות הכי מסחריות ושימושיות בעידן המודרני. בשיחה עמו אפשר להתרשם עמוקות כי מה שמניע אותו, מלבד הסקרנות האינטלקטואלית, יכול ללמד אותנו ענווה.

"זה כבוד לקבל את הפרס על פיתוח חידוש עבור בני האדם, ואני מוקיר תודה על כך. אני מצפה לפגוש בישראל את עמיתי ואנשים שמתעניינים בשלום ובפיתוח טכנולוגיה שתעזור לכל בני האדם", אמר גודאינף בשיחת טלפון בסוף השבוע האחרון.

"לשחרר את החברה מהתלות בדלקים"

בגיל 93, גודאינף עובד על "עוד רעיון אחד ודי", לדבריו. "אני רוצה לפתור את הבעיה לפני שאזדכה על הציוד", הוא אמר השנה בראיון לאתר קוארץ. הפיתוח שאליו מבקש גודאינף להגיע הוא "סוללת־על" שתאפשר למכוניות חשמליות להתחרות ראש בראש בביצועיהן של מכוניות עם מנוע בעירה פנימית, תאפשר לאחסן אנרגיה המיוצרת בכוח הרוח או קרינת השמש — ותחסל דלק המאובנים.

סוללת ליתיום
VIA BLOOMBERG NEWS

"אנחנו צריכים לשחרר את החברה המודרנית מתלותה בדלקים מאובנים", אומר גודאינף. "נראה לי שכולם יסכימו עם זה". למדנו איך לרתום את אנרגיית השמש והרוח, להמיר אותה לאנרגיה חשמלית שאותה ניתן להוליך למקום חפצנו, מסביר גודאינף, "אבל צריך לאחסן את האנרגיה. השיטה הטובה ביותר הקיימת כיום לאחסן אנרגיה היא באמצעות דלק (מאובנים). אם היינו יכולים ללמוד איך לאחסן את האנרגיה (המיוצרת ממקורות מתחדשים) בסוללה, לא היינו צריכים לשחרר עוד גזים מזהמים לאוויר. האנרגיה הזאת לא צריכה לעבור המרה, היא מועברת ישירות כחשמל".

דלקי מאובנים — נפט ותוצריו, פחם וגז טבעי — הם מקור האנרגיה העיקרי של העידן המודרני. התלות בהם נהפכה לחרב פיפיות כלכלית וסביבתית, ובשל כך תעשיות האנרגיה החלופית כיום הומות וקודחות ברעיונות ועשייה. ואולם כבר לפני 40–50 שנים, עוד לפני התעוררות התנועה נגד התחממות גלובלית, התלבטו בני האדם בשאלת מקורות אנרגיה ואחסונה של אנרגיה.

היה זה שילוב של כמה גורמים שהביא ליצירת סוללת הליתיום־יון: בשנות ה–60 החלה יצרנית הרכב פורד להתעניין שוב במכוניות חשמליות. הנעה חשמלית היתה קיימת כבר בשלהי המאה ה–19, ואולם פיתוח מנוע בעירה פנימית בשילוב מתנעים חשמליים ותיבות הילוכים נוחות הפכו את המכונית המוכרת לנו, עם מנוע בנזין, לשליטה בדרכים. העבודה של פורד בתחום עוררה עניין ברחבי התעשייה ובמחלקות ההנדסה באוניברסיטאות הגדולות. בתחילת שנות ה–70 קיבל הנושא עידוד חיצוני עצום — אמברגו הנפט והמחסור באנרגיה התחילו להעסיק כל אמריקאי.

גודאינף בן ה–93 גדל בקונטיקט. אביו היה פרופסור בייל. באוטוביוגרפיה שפירסם סיפר שיחסיו עם הוריו היו קרירים, בפרט עם אמו. בגיל 12 הוא נשלח ללמוד בפנימייה פרטית במסצ'וסטס על מלגה. הוא סבל מדיסלקציה ולכן בילה זמן רב בשיטוט ביערות. למרות זאת הצליח לסיים את הלימודים וקיבל מלגת סיוע ללמוד בייל, שם סיים תואר במתמטיקה בהצטיינות.

בסיום הלימודים התגייס, והספיק לשרת במלחמת העולם השנייה בדרגת קפטן והיה מוצב בפורטוגל. כיוצא צבא היה זכאי למלגה ללימודים גבוהים בפיזיקה באוניברסיטת שיקגו, והשלים דוקטורט בתקופה שבה כמה מהמאורות הגדולים של המדע לימדו שם, ובהם אנריקו פרמי ואדוארד טלר.

עדיין בחסות הצבא עבר גודאינף למעבדת לינקולן של MIT, המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס, והצטרף לצוות שעבד בתחום של זיכרון מחשב. הצוות שבו עבד סייע לפריצות בדרך בתחום זיכרון ליבה מגנטית, שקדמה למוליכים למחצה. לאחר מכן ניסח גודאינף את "חוקי גודאינף־קנמורי", המתארים פעולת שדות מגנטיים בחומרים שונים ברמה אטומית.

פיזיקאי שהתבקש להיות כימאי

בתחילת שנות ה–70, על רקע מצוקת האנרגיה של ארה"ב, התמקד גודאינף באנרגיה. הוא קיבל הצעה לנהל את מעבדת הכימיה הלא־אורגנית באוניברסיטת אוקספורד בבריטניה, אף שלא היה כימאי. הוא נחשב למרצה ומנהל מעבדה קשוח.

בזמן שהותו באוקספורד, הציג מדען בריטי בשם סטן ויטינגהם סוללת ליתיום ראשונה, שהיתה החידוש המשמעותי הראשון לאחר שסוללת אבץ־פחמן נהפכה לסטנדרט בשימוש במוצרי אלקטרוניקה, והיתה עדיפה גם על סוללות ניקל־קדמיום, בשל משקלה הקל ועוצמתה הגדולה יותר.

הבעיה העיקרית היתה שטעינת יתר של הסוללה גרמה להתלקחות שלה. גודאינף התחיל לעבוד על תיקון הפגמים האלה ועל יצירת סוללה חזקה יותר. הסוד היה בחומרים. גודאינף בחר בתחמוצות מתכת, שאותן הכיר ממחקרים קודמים שלו בתחום הפיזיקה. המתכת שהתגלתה כטובה ביותר היתה קובלט. ארבע שנים לאחר הגעתו לאוקספורד הוצגה קתודת הליתיום־תחמוצת הקובלט. הקיבולת והעוצמה שלה היו גדולות משל כל המוצרים הקיימים, כך שסוללה שמבוססת עליה היתה יכולה להפעיל מכשירים קטנים וגדולים.

ב–1991 שילבה סוני את הקתודה של גודאינף עם אנודת פחמן שפיתח אקירה יושינו ויצרה את סוללת הליתיום־יון המסחרית הנטענת הראשונה בעולם. הפיתוח היה קריטי לדור חדש של מצלמות וידיאו קטנות וניידות, והן נהפכו ללהיט גדול עבור החברה שהמציאה את הווקמן והדיסקמן. למעשה, המצאתה של הסוללה הולידה כמעט בן לילה תעשיית מכשירי אלקטרוניקה זעירה ענקית.

למרבה הפלא, גודאינף לא זכה לשום תגמול חומרי מהמצאת הסוללה. אוקספורד לא רשמה פטנט על הקתודה שלו, והוא ויתר על זכויות התמלוגים לטובת מוסד מחקר האנרגיה האטומית של ממשלת בריטניה.

האם תיארת לעצמך עד כמה תהיה גדולה השפעתה של ההמצאה שלך, ההצלחה שלה?

"לא, בכלל לא. הייתי רק סקרן מה אפשר לעשות כדי לעשות סוללה טובה יותר. אני חייב לומר קודם כל שלדעתי כל טכנולוגיה באשר היא, היא ניטרלית מבחינה מוסרית. אבל אני שמח שההשלכות של ההמצאה שלי חיוביות, שהיא מביאה אנשים מכל העולם לתקשר זה עם זה, ואני מקווה שנוכל לשנות לטובה דברים ולהשפיע לטובה על אופן ארגונה של החברה האנושית גם בהמשך. מובן שתמיד אפשר להשתמש בדברים האלה לרעה".

אתה מסכים עם כך שאלמלא ההמצאה שלך לא היה אייפון ולא היתה מכונית חשמלית?

"יש שני היבטים לכך: כדי לאפשר את מהפכת המובייל הדיגיטלי צריך מקור אנרגיה טוב. אבל היינו חייבים גם את מהפכת המיקרו־אלקטרוניקה, שאיפשרה למזער את המכשירים.

"פיתוח הזיכרון למחשב שעבדתי עליו בתחילת הקריירה שלי הכניס אותי למחקר של תחמוצת המתכות — שבו המשכתי גם בתחום אחסון האנרגיה. ובזה אני עובד זמן רב".

האם אתה משתמש בסמארטפון או בנגן מדיה?

"אני לא אחד מאלה שנושאים טלפון סלולרי, כי אני לא רוצה שיטרידו אותי. יש לי את המחשב שלי בעבודה ויש לי מספיק טרדות עם אנשים שפונים אלי ושצריך לענות להם".

נהגת או נסעת פעם במכונית חשמלית?

"יצאתי פעם לנסיעה קצרה במכונית כזאת. אני מקווה שבתוך זמן קצר נוכל לשפר את דחיסות האנרגיה (בסוללות) של מכוניות חשמליות".

ממשלות צריכות להיות בעלות חזון

ב–1992 עבר גודאינף מאוקספורד לאוניברסיטת טקסס, שם הוא מכהן כפרופסור עד היום. הוא המשיך לפתח, ביחד עם צוות החוקרים הזוטרים שלו, עוד חומרים ומבנים ששיפרו את הסוללה. ההשלכות של פיתוחים אלה היו עצומות כל כך, שלמעבדה של גודאינף הצטרף, שלא ביודעין, מרגל תעשייתי — מדען שהעביר את הידע של הפיתוחים שבהם השתמש לטובת ענקית הטלקום היפנית NTT. חוקר אחר, מדען מ–MIT בשם יט־מינג צ'יאנג, פרש מהמעבדה של גודאינף והקים חברה בשם A123, שהונפקה בהצלחה מסחררת והעשירה את כל המעורבים בדבר מלבד גודאינף. תביעה נגד NTT השיגה לאוניברסיטה פיצויים של 30 מיליון דולר ותמלוגים מהפטנטים הקשורים. ב–2012 הגיעה A123 לפשיטת רגל.

המחלוקת הגדולה סביב הזכויות והפטנטים שקשורים להמצאה שלך מלמדים משהו על הדינמיקה שבין מחקר מדעי לבין אינטרס עסקי. האם לדעתך יש איזון נכון בין התפקיד של ממשלות וארגונים אקדמיים לזה של תאגידים מסחריים בתחום?

"זו שאלה גדולה. ברור שלממשלה יש תפקיד לשחק, כי אנשי התעשייה רוצים דברים שייושמו מהר. הם לא רוצים להשקיע הרבה כסף לטווח ארוך. לממשלה צריך להיות חזון לתמוך בדברים שמפתחים לטווח הארוך. בתקופה שבה פיתחנו את הזיכרונות למחשבים, הממשלה מימנה את המחקר, כי הם היו זקוקים למחשבים לבקרה אווירית.

"השאלה היא אם מישהו צריך לקחת את הרעיון ולמסחר אותו. אני אף פעם לא דואג לגבי הכסף, אבל חייבים להביא את זה בחשבון. אני לא אוהב איך שהשיטה עובדת, אבל ככה זה. מישהו חייב להסתכן ולעשות את הדברים.

"אני חושב שחבל מאוד שלאנשים לא אכפת מלעשות את מה שחשוב לחברה, והם רק רוצים לעשות כסף".

חברות כמו גוגל, שבכל זאת משקיעות בפיתוח של טכנולוגיות שאינן קשורות לתחום העסקי המרכזי שלהן, יכולות להצליח באותו אופן כמו פרופסורים במעבדה?

"רעיונות יכולים להגיע מכל מיני מקומות. למשל, בזמן מלחמת העולם השנייה ומעט אחריה, היה למעבדות בל מונופול על רשת הטלפון בארה"ב, והיתה מגבלה על כמה שמותר היה להם להרוויח. ולכן הם הזרימו את העודף של ההכנסות למעבדות מחקר. כתוצאה מכך נוצר תאגיד שיכול היה להרשות לעצמו להשקיע במחקר ארוך טווח. אבל את בל פירקו, ועכשיו אין לנו תאגידים שמוכנים להשקיע במחקר ארוך טווח. אולי זה קורה בתחום התרופות, אני לא יודע, אבל לא באלקטרוניקה.

"כשיש משהו שאפשר להרוויח ממנו כסף — כמו טלפונים סלולריים או מכוניות חשמליות — אז יש כסף שמוציאים על פיתוח של סוללות טובות יותר. זה שוק ענקי ואנשים בעולם עובדים קשה מאוד בו. אני חושב שתהיה הצלחה בעתיד הקרוב".

חברות כמו טסלה, שבישרה בשבוע שעבר שהיא מעריכה שתמכור 50 אלף מכוניות, יכולות לתרום באמת לפריצת דרך כזו?

"אני לא עוקב מקרוב אחריהם, אבל ממה שאני יודע הם לא מפתחים את הסוללות, אלא קונים ומנהלים אותן. סוללות עשויות משכבות של תאים שצריך לאזן ביניהן. אם אין מספיק דחיסות אנרגיה אז יש הרבה תאים שתופסים מקום.

"השוק שלהם הוא של אנשים עשירים בהוליווד, אבל עכשיו הם מנסים להיכנס לשוק רחב יותר. הם הריחו שהולכת להיות פריצת דרך גדולה, והם ירוויחו הרבה כשזו תגיע".

כשלמדת פיזיקה בראשית דרכך, היה זה תור זהב של התחום; למדת אצל כמה מהמאורות הגדולים של התחום. האם אתה מרגיש שהמדע הזה נמצא במעין דריכה במקום, ותחומים אחרים כמו מדעי החיים והנדסה בעצם ניזונים מתגליות של העשורים הקודמים במחקר?

"פיזיקה היא מדע יסודי מאוד. למדתי פיזיקה בתקופה של מלחמת העולם השנייה, עידן הופעת פצצת האטום. ידעתי שאני לא רוצה להיות תיאורטיקן. זאת דיסציפלינה יסודית מאוד, וצריך לדעת מתמטיקה כי היא שפת המדע. ההזדמנויות לעתיד נמצאות בהצלבת דיסציפלינות, כמו הנדסת חשמל וכימיה, ביולוגיה ועוד. האינטגרציה בין דיסציפלינות היא חיונית, ואני חושש שאנשים צעירים צריכים ללמוד הרבה כדי להיות פרודוקטיביים בתחומים האלה. אני חושב שהעתיד הוא אינטר־דיסציפלנרי.

"כשעבדתי בפיתוח זיכרון למחשבים דיגיטליים, המחשב היה בגודל החדר. הבנו שהעיקרון היסודי כבר פוצח, אבל האתגר שלנו היה להקטין את המרכיבים. כיום יש לך בכיס יותר כוח מחשוב מאשר מה שהיה בחדר שלם אז. אבל יש גבול לכמה כוח מחשוב אפשר לשים בכיס. המדענים עובדים למצוא דרכים חדשות ומגיעים לגבולות של תשואה על הכסף.

"זה מזכיר לי שכשסיימנו והגשנו את הזיכרון הגולמי הראשון, נקראנו לבוס וחשבנו שנקבל טפיחה על הגב והעלאה בשכר, והוא אמר: 'עכשיו, רבותי, עשיתם מה שהתבקשתם לעשות, ובגלל זה אתם הולכים להיות מובטלים. מה בכוונתכם לעשות?' זה היה לקח מצוין לכולנו. אתם רוצים להשלים משהו, אבל מה הצעד הבא, מה עושים עוד?"

מה היתה עבורך התגלית המדעית המעניינת ביותר בתקופת הקריירה שלך?

"בתחום שלי התעניינתי מאוד בדעות הקדומות של הקהילה של הפיזיקאים בשנות ה–50, ומה למדנו מאז. אילו דוגמות התהפכו מאז. היו המון תגליות חשובות ויסודיות. מוליכי־על בטמפרטורות גבוהות הוא תחום חשוב עם התקדמות מרשימה. בתחום הביולוגיה, אני חושב שזה הדנ"א".

ובעתיד? מה אתה היית מקווה שיצליחו לעשות?

"מה שאנחנו מנסים לעשות הוא להבין את יצירת היקום, ואיך יצירת היקום התרחשה. אני מקווה שנמצא דרך למצוא שיווי משקל בין אוכלוסיית בני האדם לבין היקום ומה שהוא יכול לספק לנו.

"אני חושב שהמאה הזאת תהיה קריטית למציאת שיווי משקל בין בני האדם ליכולת לקיים את האוכלוסייה. למצוא דרך לכך שיהיו שלום והבנה בין אנשים — המבנה המוסרי הבסיסי של היקום".

מה הדבר שהיה הכי חשוב לאושר שלך בחייך?

"אני חושב שהדבר החשוב ביותר הוא למצוא משמעות בחיים. והמשמעות עבורי היא מה התפקיד שלנו, מה ראוי לשרת בחיים כדי למצוא משמעות. עבורי זה הרוח האמיתית של אהבה - שירות".

לסיום, מותר לשאול מה מקור השם המיוחד שלך?

גודאינף צוחק. "אני לא יודע. כשהייתי בבריטניה ניסיתי לברר את מקור השם. הם לא ידעו. חשבו שאולי זה מישהו שניסה להתחמק ממסים".

איך עובדת סוללה

סוללה היא מתקן שמייצר זרם חשמלי באמצעות תגובה כימית. בצד אחד שלו יש קתודה — קוטב חשמלי חיובי, ובשני אנודה — קוטב חשמלי שלילי. בין שתי הקתודות נמצא תווך שעשוי מחומר אלקטרוליטי.

כשמחברים את הסוללה למכשיר חשמלי — כמו נגן מוזיקה או פנס — נוצר מעגל חשמלי, והתגובה הכימית מתחילה בשני קוטבי הסוללה. בתוך הסוללה עצמה עוברים מהקוטב השלילי לחיובי יונים (אטומים בעלי מטען חשמלי), ומחוץ לסוללה, במכשיר עצמו, עוברים אלקטרונים שזורמים מהקוטב השלילי לחיובי, ויוצרים את הזרם שמפעיל את המכשיר. האלקטרונים אינם יכולים לעבור בתווך האלקטרוליטי בתוך הסוללה, כי החומר הזה משמש כמחסום או מבודד עבורם.

כשהסוללה נפרקת, כלומר כשהיא פועלת ומזרימה זרם חשמלי למכשיר,  הכימיקלים שבתוכה מאבדים בהדרגה את היכולת לייצר את היונים. בסוללות נטענות, חיבורן למקור מתח גורם ליונים לנוע שוב לקוטב השלילי, שם הם מאוחסנים עד השימוש הבא בסוללה.



תגובות

דלג על התגובות

בשליחת תגובה זו הנני מצהיר שאני מסכים/מסכימה עם תנאי השימוש של אתר TheMarker

סדר את התגובות

כתבות ראשיות באתר

כתבות שאולי פיספסתם

*#