Plastikowe baterie: wszystkie naładowane i czekające na start

Wiele osób codziennie rano sprawdza swoje faksy, ale obecnie Theodore Poehler i Peter Searson interesują się tym, co pojawia się na ich faksach. Ta para naukowców z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa jest przekonana, że ​​są boleśnie bliscy zawarcia umowy, która może zmienić ich pomysł badawczy – całkowicie plastikową baterię – w komercyjną rzeczywistość. Każdego dnia spodziewają się ostatecznego wyniku ponad rocznych negocjacji, mając nadzieję na decyzję kilku dużych firm produkujących baterie lub wiadomość od prywatnych inwestorów, którzy wyrazili chęć wyłożenia dziesiątek milionów dolarów.

Umowa z odpowiednią firmą produkującą baterie lub grupą sponsorów może przekształcić ich wynalazek z ciekawostki laboratoryjnej w wschodzącą gwiazdę na ogromnym rynku baterii. Prototyp jest niezwykle mały, lekki i można go ładować. Jeszcze bardziej intrygujące jest to, że występuje w cienkich, zginanych arkuszach, które można uformować w kształt przypominający wizytówkę. Poehler i Searson uważają, że nowatorska bateria może odegrać wiodącą rolę w nowej generacji pojazdów elektrycznych, satelitów i lekkich urządzeń elektronicznych – nawet jako zamiennik standardowych baterii AA.

Ta historia była częścią naszego numeru z lipca 1998 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

To marzenie. Jednak urzeczywistnienie tego wymaga dużo pieniędzy. Wymaga również znajomości biznesu. A Poehler i Searson wiedzą, że nie ma gwarancji sukcesu. Obaj jesteśmy bardzo ostrożni, wyjaśnia Peohler. Jeśli tak się dzieje, to się dzieje – jeśli nie, cóż, staramy się po prostu pomyśleć o przeprowadzeniu badań, aby ulepszyć technologię.

Ich historia jest opowieścią o tym, jak podstawowi badacze pracujący w czołówce mogą znaleźć się w świecie przedsiębiorczości, kapitału wysokiego ryzyka i wielkiego biznesu. A kiedy już tam dotrą, problemy mogą być równie złożone – i znacznie mniej znane – niż te, z którymi borykają się w laboratorium.

Poehler, profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej oraz prorektor uczelni ds. badań, oraz Searson, profesor materiałoznawstwa i inżynierii nigdy nie zamierzali zostać przedsiębiorcami. Kiedy sześć lat temu rozpoczęli poszukiwania całkowicie plastikowej baterii, chcieli po prostu przeprowadzić dobrą naukę, testując ograniczenia materiału i systemu. Profesorowie kierowali zespołem badaczy w Johns Hopkins, w skład którego wchodzili Jeffrey Killian, Josef Gofer i Haripada Sarker; Następnie do grupy dołączyła absolwentka Jennifer Giaccai. Postęp następował powoli, ale w 1996 roku mieli wykonalny prototyp. Następnie, na początku zeszłego roku, komunikat prasowy Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa reklamujący rozwój nowatorskiej baterii z tworzywa sztucznego wywołał medialne szaleństwo.

Plastikowa bateria została nazwana Wynalazkiem Roku przez Popular Science. Ekipy telewizyjne przybyły z tak odległych miejsc jak Szwecja, Tokio i Brazylia i wędrowały po laboratorium. Badacze pojawili się w CNN i USA Today. Absolwenci w grupie zostali gwiazdami lokalnych mediów. Setki firm i inwestorów pytało o nową technologię, próbując zamienić jej potencjał elektryczny w potencjał zarobkowy. Analitycy z Wall Street dzwonili, aby uzyskać informacje na temat wszelkich umów, które mogą zostać podpisane w celu komercyjnej produkcji baterii.

W dzisiejszych czasach, ponad rok później, laboratorium prawie wróciło do normy. Niedawna wizyta TR odkryła ciszę w uniwersyteckim laboratorium, gdzie naukowcy zajmowali się nauką. Ekipy telewizyjne zniknęły. Stały strumień odwiedzających przerzedzał się.

W blasku mediów, zespół Johns Hopkins, podobnie jak inni badacze akademiccy, którzy opracowali nowatorską technologię materiałową, porusza się po świecie biznesu i finansów.

Nie popełnij błędu — stawka jest wysoka. Udana komercjalizacja baterii z tworzywa sztucznego może oznaczać duże pieniądze dla jej wynalazców akademickich i ich uniwersytetu. Sam amerykański rynek baterii kosztuje 5,8 miliarda dolarów rocznie i jest gotowy na szybki wzrost, ponieważ nowa generacja pojazdów elektrycznych i mniejszych urządzeń elektronicznych powoduje zapotrzebowanie na bardziej wydajne, lżejsze akumulatory. Laboratoria korporacyjne i akademickie na całym świecie ścigają się, aby znaleźć rozwiązanie, a wiele wysiłków koncentruje się na bateriach litowych ( zobacz pasek boczny ).

Plastikowa bateria mogłaby wyrzeźbić lukratywną niszę. Większość dzisiejszych baterii jest wykonana z toksycznych i szkodliwych dla środowiska metali ciężkich, takich jak ołów i kadm. Plastikowe baterie nie zawierają jednak metali i można je łatwo poddać recyklingowi. Muszą być uszczelnione, aby wilgoć nie tłumiła ich ładunku, ale polimery w środku są dalekie od litu, który może eksplodować pod wpływem wody.

Co więcej, całkowicie plastikowa bateria jest wykonana z cienkich, przypominających folię arkuszy, co jest krytyczną zaletą dla kogoś, kto projektuje produkt, który musi dowiedzieć się, gdzie wcisnąć baterię. Wyobraź sobie obudowy do laptopów wyłożone cienkimi arkuszami baterii lub części konstrukcyjne samochodu, na których znajdują się źródła zasilania, nawet satelity, w których plastikowy akumulator jest wciśnięty w dowolną dostępną przestrzeń. Możesz ustawić go w dowolnej konfiguracji, mówi Searson.

Sztuczka polega na znalezieniu polimerowej anody odpowiedniej do sprawnego akumulatora. W przypadku zastosowania w akumulatorze, niektóre polimery mogą działać jak wielkie katody, z łatwością przyjmując elektrony pochodzące z anody przez obwód zewnętrzny. Z drugiej strony, aby polimer przewodzący działał jak anoda, musi być domieszkowany tak, aby dodatkowy elektron został wtłoczony do szkieletu polimeru, nadając mu ładunek ujemny. Jednak w przeciwieństwie do domieszkowanych katod, domieszkowane anody są niestabilne i podatne na wilgoć.

Mimo wyzwania zespół Johns Hopkins ruszył do przodu. W końcu odkryli, że poprzez uwięzienie jonu litu w łańcuchu polimerowym mogą sprawić, że rodzaj tworzywa sztucznego zwanego polipirolem będzie zachowywał się jak anoda. Po trzech latach starań Poehler poczuł, że ten system zaczął wyglądać przyzwoicie. Latem 1995 roku laboratorium wyprodukowało działającą baterię. Jednak bateria wytwarzała tylko około jednego wolta na ogniwo – zdecydowanie za mało dla wielu zastosowań – i nadal wymagała litu jako domieszki.

Zespół wrócił do deski kreślarskiej. Tym razem dokonali znaczącego przełomu w nieco ponad sześć miesięcy. Zespół Johns Hopkins zwrócił się do rodziny polimerów zwanych fluorofenylotiofenami, aby utworzyć elektrody; jeden członek rodziny, 3,4,5 TFPT, działa jako anoda, a drugi, 3,5 DFPT, jako katoda. Polimery umieszczono następnie wokół elektrolitu akumulatora wykonanego z cienkiego żelu poliacylonitrylowego. Bateria może wytwarzać trzy wolty energii elektrycznej na komórkę i być ładowana setki razy.

To był niezwykły przełom. Baterie są tak elastyczne jak plastikowa folia, dzięki czemu można je zwijać w cylindryczny kształt konwencjonalnej baterii do latarek lub używać jako cienkie arkusze karty kredytowej. W przeciwieństwie do konwencjonalnych akumulatorów, które często nie działają w temperaturach znacznie poniżej zera, są one zdolne do pracy w temperaturach tak niskich, jak -40 stopni C. Dodatkową zaletą jest to, że akumulatory zmieniają kolory po rozładowaniu, dzięki czemu można łatwo stwierdzić, kiedy potrzebne jest doładowanie.

Teraz laboratorium miało sprawny prototyp, ale był to dopiero początek trudnej drogi do komercjalizacji. Poehler, który jako wicedyrektor widział wiele transakcji dotyczących transferu technologii, objął prowadzenie w wysiłkach biznesowych zespołu. Pierwszym wyzwaniem jest ustalenie, czy technologia jest konkurencyjna – wyjaśnia. Pod koniec 1996 roku, kiedy historia rozeszła się w mediach, badacze z Johns Hopkins byli pewni, że ich bateria osiągnęła ten etap. Przeanalizowali zalew wniosków i spotkali się z ponad 40 potencjalnymi partnerami badawczymi lub fundatorami, jeżdżąc na wizyty lub odwiedzane przez firmy lub grupy badawcze prawie co tydzień przez ponad rok.

Na większość spotkań nie patrzyliśmy jako na okazję do zawarcia transakcji biznesowych, ale jako szansę na wymianę informacji – mówi Poehler. Jednak nadrzędnym celem było zawarcie ważnej umowy, która wprowadzi baterię na rynek, a nie tylko zarobienie pieniędzy na dalsze badania. Wciąż nad tym pracujemy i zawsze staramy się dojść do punktu, w którym technologia się sprzedaje, mówi.

Jednak dotarcie do tego punktu nie jest łatwe. W rzeczywistości oznacza to negocjowanie złożonego świata kapitału wysokiego ryzyka i finansowania korporacyjnego. Poehler i Searson mają imponującą reputację akademicką, ale podobnie jak większość naukowców, żaden z nich nie ma dużego doświadczenia w prowadzeniu biznesu i handlu oraz świecie wysokich finansów.

Wymaga innego zestawu umiejętności niż nauka, mówi Lita Nelsen, dyrektor Biura Licencjonowania Technologii MIT. Jest kilka osób, które mają oba zestawy umiejętności, ale niewiele. Rosnąca podaż dolarów kapitału wysokiego ryzyka i inwestorów korporacyjnych poszukujących nowych technologii oznacza rosnące możliwości biznesowe dla naukowców uniwersyteckich. Nelsen mówi jednak, że naukowcy często koncentrują się wyłącznie na finansowych aspektach transakcji, podczas gdy w rzeczywistości powinni szukać czegoś więcej niż pieniędzy. Pieniądze są dostępne. Powinni szukać mądrości, która idzie w parze z tym – mądrości, aby wiedzieć, co robić w sytuacjach osądzania, na przykład gdy dyrektor naczelny nie pracuje lub gdy ktoś narusza ich patent.

Naukowcy akademiccy stają przed wieloma trudnymi decyzjami, próbując wyprowadzić swoje technologie z laboratorium do świata biznesu. Mogliby na przykład po prostu udzielić licencji na swój patent i kontynuować badania. Alternatywnie mogliby nawiązać współpracę z firmą, która mogłaby zapewnić doświadczenie marketingowe i produkcyjne, którego brakuje naukowcom. Wreszcie mogli spróbować znaleźć finansowanie dla własnej firmy start-upowej.

Każda opcja ma zalety i wady. Niezależnie od ich decyzji, Poehler i Searson twierdzą, że planują pozostać na swoich akademickich posadach i pozwolić biznesmenom prowadzić dowolną firmę. Licencjonowanie technologii renomowanej firmie produkującej baterie jest bezpiecznym zakładem finansowym, ale zwykle oznacza rezygnację z całkowitej kontroli. Przejęcie funduszy venture capital może również oznaczać, że naukowcy zrezygnują z większej kontroli nad wydzieleniem baterii niż w przypadku innych prywatnych źródeł kapitału.

Stawką przy podejmowaniu decyzji jest to, czy plastikowa bateria kiedykolwiek wyjdzie z laboratorium i stanie się praktycznym urządzeniem. Komercjalizacja nowych typów baterii jest procesem niezwykle kosztownym, wymagającym nowych zakładów produkcyjnych i długoterminowego zaangażowania w określony rodzaj technologii. Kiedy korporacja licencjonuje technologię, w dużej mierze przejmuje kontrolę nad jej losem, w tym możliwość zabicia jej rozwoju. Wybierz niewłaściwego partnera, a bateria – niegdyś ulubieniec 30-sekundowego dźwięku z telewizora – może szybko zostać zepchnięta do stosu lepszych baterii korporacji, które nigdy się nie wypaliły.

Z drugiej strony właściwe manewry biznesowe mogą zapewnić lukratywną wypłatę Searsonowi i Poehlerowi, a także garstce ich współpracowników w laboratorium. Podobnie jak większość badaczy, którzy odkrywają coś o potencjale komercyjnym, Searson, Poehler i ich koledzy ostrożnie złożyli patent, zanim publicznie opublikowali jakiekolwiek odkrycia. Uniwersytet jest właścicielem patentu, ale zyski lub opłaty licencyjne są podzielone tak, że jedna trzecia trafia do uniwersytetu, jedna trzecia do naukowców, a jedna trzecia do laboratorium na przyszłe badania. Jeśli zaangażowane liczby stają się bardzo duże, osobisty udział badaczy spada do około 15 procent.

Na razie jednak plastikowa bateria Johnsa Hopkinsa wydaje się być zawieszona na haczyku 22, który często nęka laboratoria, które chcą wprowadzić technologię na rynek na wczesnym etapie rozwoju; projekt potrzebuje więcej funduszy, aby osiągnąć kolejny etap rozwoju, ale sponsorzy finansowi chcą zobaczyć bardziej rozwiniętą technologię, zanim poluzują sznurki.

Co więcej, podczas gdy rynek venture capital nadal kwitnie i jest gotowym źródłem dolarów dla start-upów z branży informatycznej i biotechnologicznej, inwestycje venture w nowe materiały pozostają powolnym, często zaniedbywanym sektorem. Wall Street nie lubi opowieści o materiałach, mówi Joe Lovett, partner generalny Medical Science Partners, firmy venture capital z Wellesley w stanie Massachusetts, która finansuje start-upy zarówno w dziedzinie biotechnologii, jak i materiałoznawstwa.

Josh Lerner, profesor nadzwyczajny w Harvard Business School i ekspert ds. kapitału wysokiego ryzyka, mówi, że materiałoznawstwo zyskało na popularności pod koniec lat 80. XX wieku dzięki nadprzewodnictwu wysokotemperaturowemu. Ale wydaje się, że ludzie są rozczarowani tym obszarem. Lerner mówi, że nawet przy boomie w inwestycjach venture, wciąż istnieje bardzo wąski zakres finansowanych technologii; 80 do 85 procent firm zajmuje się technologiami informatycznymi i naukami przyrodniczymi.

Poza takimi przeszkodami w finansowaniu, plastikowa bateria napotyka silną konkurencję ze strony kilku innych obiecujących typów baterii, w tym baterii cynkowo-powietrznych i baterii litowych. Każda z tych technologii ma setki milionów dolarów inwestycji i krytyczny start. Niektóre zostały już wyprodukowane na dużą skalę. Podobnie jak plastikowa bateria, są wydajne, lekkie i kompaktowe. Akumulatory litowo-polimerowe, na przykład, można formować w prawie każdy kształt, nawet ciąć na kawałki bez utraty ładunku.

Więc jakie są szanse, że pewnego dnia będziemy jeździć samochodami z częściami wyłożonymi plastikowymi bateriami, rozmawiając przez telefony komórkowe zasilane przez te rzeczy? Jest jeszcze za wcześnie, żeby to stwierdzić. Gdyby Poehler miał swój wybór, jedna z największych światowych firm produkujących baterie powiedziałaby: „Weźmiemy to, zrobimy i damy ci dużo, a ty nadal możesz wykonać własną pracę, aby ulepszyć technologię”. sponsor przychodził i dawał im dużo pieniędzy na założenie firmy.

Ale naukowcy z Johns Hopkins wiedzą, że to nie takie proste. Tak więc każdego ranka Poehler i Searson kontynuują poszukiwania podpisanej umowy, która może przybliżyć nas do rzeczywistości związanych z plastikowymi bateriami. Pomimo wszystkich przełomów w badaniach, szumu medialnego i obiecujących spotkań, wciąż marzeniem jest zrobienie wielkiego skoku do komercyjnego świata.

ukryć