Чен Ликуан, академик на Китайската академия по инженерство и изследовател в Института по физика, Китайската академия на науките, се смята за пионер на йониката в твърдо състояние в Китай и пионер в изследванията на литиевите батерии, които задвижват съвременната електронна и зелена енергийна революция. Той получи най-голямата китайска награда за научни технологии в Пекин в сряда. [Photo provided to China Daily]
Чен Ликуан беше на 36 години, когато пристигна като гостуващ учен в Института за изследване на твърдо тяло Макс Планк в Щутгарт, тогавашна Западна Германия, през 1976 г. По време на ден на отворените врати вниманието му беше привлечено от литиево-нитридна клетка с размер на бутон с висока енергийна плътност, показана до обемиста традиционна оловно-киселинна батерия.
Нещо щракна с Чен, когато немски колега изрази убеждението, че такива материали могат един ден да бъдат използвани за производството на батерии, способни да захранват автомобили. Същата нощ, след като получи бързо одобрение от Китайската академия на науките, Чен реши да промени посоката на изследването си – от растежа на кристали към тогава неясното поле на йониката в твърдо състояние, което се фокусира върху материали като литиев нитрид.
Малцина биха могли да предвидят, че решението ще помогне да се постави основата за възхода на Китай да доминира в световната индустрия за литиеви батерии, която днес представлява около 80 процента от световното производство.
Сега 86-годишният Чен, академик на Китайската академия по инженерство и изследовател в Института по физика на Китайската академия на науките, получи най-голямата китайска награда за научни технологии в Пекин в сряда.
Пътят към подиума започва в планинско село в Нанчонг, провинция Съчуан, където Чен учи на слабата светлина на керосинова лампа, изработена от изхвърлена бутилка с мастило. Семейството му нямаше електричество, докато той не влезе в гимназията и той не се вози в моторно превозно средство, докато не замина за университета през 1959 г.
Неговите детски преживявания предизвикаха страст за цял живот към електричеството, която остана с него, когато се завърна от Западна Германия през 1978 г., за да бъде пионер в изследванията на твърдотелна йонна електроника в Китай.
През 1981 г., с подкрепата на Китайската академия на науките, той ръководи създаването на първата китайска лаборатория за йонна твърдост в твърдо състояние, която се помещава в преустроен навес за пилета – единственото налично пространство по това време.
Условията бяха примитивни. Един стар стълб все още стоеше в средата на стаята, а дъждовната вода се стичаше по пода. Тъй като литиевият сулфид – ключова суровина за синтезиране на литиев нитрид – не беше наличен в страната, Чен го произвеждаше чрез топене на метален литий. Използвайки елементарно оборудване, той сглоби импровизирана затворена система, захранваща сяра на прах през стъклена тръба, за да поддържа груб вакуум.
Това беше опасен процес. „Веднъж от тръбата изригнаха пламъци в момента, в който сярата докосна лития“, спомня си той със смях. „Веднага се дръпнах назад. За щастие не бях изгорен.“
Въпреки трудните условия, екипът публикува повече от 30 статии в рамките на три години. През 1988 г. групата на Чен разработи първата изцяло твърдотелна литиево-метална батерия в Китай.
Пейзажът се промени драстично през 1991 г., когато японската Sony комерсиализира литиево-йонната батерия с течен електролит точно когато глобалните изследвания на изцяло твърдотелни батерии достигнаха пречка. Признавайки, че изцяло твърдотелната технология остава далеч от комерсиалната готовност, Чен направи решителна стратегическа промяна. Той временно остави настрана изследванията, които беше пионер, и насочи фокуса си към литиево-йонните батерии с течен електролит.
„Китай е богат на въглища, но има недостиг на природен газ и петрол. Като се има предвид тази енергийна структура, използването на литиеви батерии за задвижване на новата енергийна автомобилна индустрия и намаляване на зависимостта от вносния петрол е неизбежна тенденция“, каза Чен, подчертавайки важността на комерсиализиране на технологията за литиеви батерии.
„Нашите изследвания винаги са били ръководени от стратегическите нужди на страната. Трябва не само да постигнем пробив нула към едно във фундаменталната наука, но и да ги пренесем до индустриализацията – превръщайки добрите хартии в добри продукти, които наистина захранват страната“, каза той.
До 1995 г. екипът на Чен е разработил първата в Китай литиево-йонна клетка с течен електролит. Три години по-късно тя завърши първата пилотна производствена линия в страната, способна да произвежда 200 000 цилиндрични клетки годишно, използвайки предимно собствено разработено оборудване, местни суровини и независимо разработени технологии.
Пътуването обаче не мина без опасност. При изграждането на пилотната производствена линия машината за нанасяне на покритие беше твърде голяма, за да се побере в асансьора и трябваше да бъде повдигната ръчно нагоре по стълбището.
Huang Xuejie, изследовател от Института по физика, си спомня, че стоманеният кабел, поддържащ машината с тегло половин метричен тон, внезапно се скъса между втория и третия етаж.
„Веднага започна да се плъзга обратно надолу. Тримата от нас най-близо до него – включително Чен, който вече беше на петдесет години – инстинктивно се хвърлихме срещу машината“, каза Хуанг. „Наклони се и се блъсна в стената и парапета, но издържа. Спасихме оборудването.“
„Чен винаги е първият, който атакува напред. Ето защо ние го последвахме“, добави Хуанг.
За Чен литиевите батерии никога не са били ограничени до лабораторията. Те представляват ориентирана към приложението технология, поддържана от цялостна индустриална верига и изискваща силни инженерни способности.
Следвайки съвета на Чен, Amperex Technology Limited е основана през 1999 г. за разработване на търговски литиево-йонни батерии.
Неговият бизнес с батерии, ръководен от ученика на Чен Зенг Юкун, по-късно се отделя като Contemporary Amperex Technology, сега най-големият доставчик на батерии в света, представляващ повече от една трета от глобалните доставки.
Според учениците му най-голямата сила на Чен е неговата стратегическа визия. „Когато всички останали все още празнуваха успеха на литиево-йонните батерии с течен електролит, Чен вече беше насочил вниманието си към по-безопасни системи в твърдо състояние с по-дълъг живот на цикъла и по-висока енергийна плътност“, каза Ли Хонг, ученик на Чен и сега също изследовател в института.
„Той никога не е изоставял твърдотелния маршрут. Той просто е чакал технологията да го навакса“, каза Ли.
Това търпение се изплати през 2016 г., когато Чен и Ли предложиха концепцията за in situ втвърдяване, което позволява на електролита да се трансформира от течност в твърдо вещество в клетката на батерията. Подходът създава непрекъснат, интимен контакт с електродите и адресира дългогодишния проблем на интерфейса твърдо-твърдо.
Дори сега Чен гледа 30 години напред. Той предвижда „електрифициран Китай“, където не само колите, но и корабите, влаковете, самолетите и селските електрически мрежи се захранват от местно произведени батерии.
Гледайки учениците си, Чен каза: „Знам, че няма да мога да го завърша (моята работа) през целия си живот. Така че на по-младото поколение се пада да го продължи напред.“
Гуо Юхе допринесе за тази история.