Нобелевка по химии за 2019 год присуждена трем ученым за разработку литий-ионных аккумуляторов

9 октября 2019

Нобелевский комитет признал важность литий-ионного аккумулятора для будущего человечества

Они создали перезаряжаемый мир
Нобелевская премия по химии 2019 года присуждена трем ученым: Джону Б. Гуденаф (Техасский университет в Остине, США), М. Стэнли Уиттингему (Университет Бингемтона, Государственный университет Нью-Йорка, США) и Акире Ёсино (Корпорация Асахи Касей, Токио, Япония, Университет Мейхо, Нагоя, Япония) за разработку литий-ионной аккумуляторной батареи. Как сказано о фициальном пресс-редлизе Нобелевского комитета: эта легкая, перезаряжаемая и мощная батарея теперь используется во всех современных устройствах – от мобильных телефонов до ноутбуков и электромобилей. Она также может накапливать значительное количество энергии получаемой от солнечных и ветровых электростанций (альтернативных источников энергии – авт.), что делает возможным создание общества, свободного от ископаемого топлива.

Литий-ионные аккумуляторы используются во всем мире для питания портативной электроники, которую мы используем для общения, работы, учебы, прослушивания музыки и поиска знаний. Литиевые батареи также позволили разработать электромобили дальнего радиуса действия и аккумулировать энергию из возобновляемых источников, таких как солнечная и ветровая энергия.

Основа литий-ионной батареи была заложена во время нефтяного кризиса 1970-х годов. Стэнли Уиттингем работал над методикой, которая могла бы привести к использованию технологий, не использующих ископаемое топливо. Он начал исследовать сверхпроводники и обнаружил чрезвычайно энергоемкий материал, который был им использован для создания инновационного катода в литиевой батарее. Он был сделан из дисульфида титана, который, на молекулярном уровне, имеет строение, могущее «интеркалировать» (создавать обратимое включение молекулы или группы между другими молекулами или группами) ионы лития.

Анод батареи был частично изготовлен из металлического лития, который обладает сильной способностью высвобождать электроны. Это привело к тому, что батарея показала большой потенциал, чуть более двух вольт. Однако металлический литий является слишком активным, и батарея оказалась весьма взрывоопасной, чтобы стать жизнеспособной для обычного применения.

В свою очередь ученый Джон Гуденоф предсказал, что катод будет иметь еще больший потенциал, если он будет создан с использованием оксида металла вместо его сульфида. После систематического поиска в 1980 году он продемонстрировал, что оксид кобальта с интеркалированными ионами лития может выдавать уже до четырех вольт. Это был важный прорыв, который привел к появлению гораздо более мощных батарей.

На основе катода Гуденафа в 1985 году японский ученый Акира Ёсино создал первую коммерчески жизнеспособную литий-ионную батарею. Вместо того, чтобы использовать активный литий в аноде, он использовал нефтяной кокс, углеродный материал, который, подобно катодному оксиду кобальта, может интеркалировать ионы лития.
В результате получился легкий, износостойкий аккумулятор, который можно заряжать сотни раз, прежде чем его характеристики ухудшатся. Преимущество литий-ионных батарей состоит в том, что они основаны не на химических реакциях, которые разрушают электроды, а на ионах лития, обратимо перетекающих между анодом и катодом.
Литий-ионные аккумуляторы произвели революцию в нашей жизни с тех пор, как они впервые появились на рынке в 1991 году. Данный тип аккумуляторов заложил основу автономного общества, свободного от ископаемого топлива и электрических проводов, и приносит наибольшую пользу человечеству.

P.S. Награду три физика поделят между собой поровну – каждый получит по 9 млн шведских крон (74 тыс. фунтов стерлингов). Кстати, 97-летний Джон Гуденаф, родившийся еще в 1922 году в Веймарской республике, стал самым пожилым ученым, когда-либо получавшим Нобелевскую премию.
P.P.S. Важен не размер премии, а ее престижность, а уж в этом отношении Нобелевская премия вне конкуренции и стала самой важной наградой в карьере каждого из ее лауреатов.
Опять же признание Нобелевским комитетом создание литиевого аккумулятора важнейшим достижением прогресса стало очевидным признанием, того фактора, что человечество уже вступило в фазу электромобильности и теперь только время (и триллионные инвестиции) отделяют его от наступления эры без углеродных выбросов, а значит и глобального контроля за климатом. Хочется надеяться, что человечество стало взрослее и мудрее...