Chemistry Nobel prize ‘finally’ goes to developers of lithium-ion batteries — ABC Chemicals


Chemistry Nobel prize ‘finally’ goes to developers of lithium-ion batteries - ABC Chemicals

Нобелевская премия по химии 2019 года досталась трем ученым за открытие, без которого ни мобильные телефоны, ни электромобили никогда не стали бы реальностью: литий-ионные аккумуляторы.

Три пионера батареи, разделяющие приз одинаково, — Джон Гуденоф из Техасского университета в Остине, США, Стэнли Уиттингем из Университета Бингемтона, США, и Акира Йошино из японского университета Мейхо. В свои 97 лет Гуденоф является старейшим лауреатом Нобелевской премии по химии и старейшим человеком, когда-либо удостоенным Нобелевской премии, обойдя прошлогоднего лауреата по физике Артура Эшкина на несколько месяцев.

«Перезаряжаемые литий-ионные аккумуляторы — это скрытые рабочие лошадки мобильной эпохи, появившиеся благодаря фундаментальным исследованиям, начавшимся более 40 лет назад», — говорит ученый по материалам Пол Коксон из Кембриджского университета, Великобритания. «Это замечательный пример исследования в лаборатории; мы можем буквально держать результат в наших руках.

Приз был очень долгим, и в течение нескольких лет проводились опросы в пользу литий-ионных аккумуляторов. В 2015 году анализ цитирования Web of Science также показал, что Гуденоу и Уиттингем могут быть победителями.

В социальных сетях химики выразили свое восхищение тем, что Нобелевский комитет «наконец-то» принял решение вознаградить это изменение, изменившее мир. «На мой взгляд, эта награда давно назрела, и приятно видеть, что эта важная область химии материалов признана», — сказал исследователь энергетических материалов Сайфул Ислам из Университета Бата, Великобритания.

Но разработка первых коммерческих литий-ионных аккумуляторов, которые появились на рынке в начале 1990-х годов, заняла несколько десятилетий.

Chemistry Nobel prize ‘finally’ goes to developers of lithium-ion batteries - ABC Chemicals

Уиттингем начал работать над накоплением энергии в 1970-х годах, когда большая часть мира столкнулась с нехваткой нефти. Единственными доступными аккумуляторными батареями были свинцово-кислотные и никель-кадмиевые типы. Оба являются тяжелыми и содержат токсичные металлы. Никель-кадмиевые батареи также страдают от эффекта памяти, когда они теряют емкость, когда их часто перезаряжают только после частичной разрядки.

Уиттингем начал свое стремление улучшить накопление энергии, ища катодный материал для сопряжения с литием. Самый легкий металл в периодической таблице, литий, склонен разряжать свои электроны, что заставило ученых стремиться использовать его в батареях. Уиттингем и его команда обнаружили, что дисульфид титана имеет правильную структуру для размещения ионов лития, поступающих с анода, и, что не менее важно, может высвободить их снова. В 1976 году Уиттингем продемонстрировал первый перезаряжаемый литий-ионный аккумулятор на 2,5 В.

Однако анод из металлического лития был склонен к образованию дендритов. Эти всплески, возникающие на электроде, могут привести к короткому замыканию батареи, что может привести к возникновению пожаров, которые трудно тушить. Литий-металлическая батарея никогда не снималась.

В то же время Гуденоф работал над другим материалом катода, чтобы сделать еще более мощные батареи. В 1980 году его команда обнаружила, что катод из диоксида кобальта может удвоить выходную мощность литиево-металлической батареи до 5 В.

«Я хорошо помню, когда Джон, тогда в Оксфорде, делал свою новаторскую работу над катодом из оксида лития-кобальта», — сказал Ричард Кэтлоу из Университетского колледжа Лондона, Великобритания. «Мы все были впечатлены этим типично творческим образцом химии твердого тела; но никто из нас не осознавал, что это открытие окажет глобальное влияние, изменив образ жизни и работы ».

Chemistry Nobel prize ‘finally’ goes to developers of lithium-ion batteries - ABC Chemicals

В 1985 году группа Ёсино сделала последний важный шаг в направлении коммерческих батарей. Его команда нашла графитоподобный материал, который может содержать ионы лития и заменить огнеопасный литий-металлический анод. Электролит, содержащий перхлорат лития в пропиленкарбонате, закруглил устройство, поскольку оно могло противостоять повреждениям без взрыва.

Шесть лет спустя на рынке появились первые коммерческие литий-ионные аккумуляторы. Их дизайн 4 В практически не изменился по сравнению с первоначальным дизайном Йошино, за исключением электролита, который теперь содержал гексафторфосфат лития.

«Исследования, в которых я принимал участие более 30 лет, помогли продвинуться в том, как мы храним и используем энергию на базовом уровне, и я надеюсь, что это признание поможет пролить столь необходимый свет на энергетическое будущее страны», сказал Уиттингем.

Аккумуляторная технология продолжает оставаться активной областью исследований в качестве источника энергии для мира, свободного от ископаемого топлива. «Это не конец пути, так как литий является ограниченным ресурсом, и многие ученые по всему миру опираются на основы, заложенные этими тремя блестящими химиками», — сказала президент Королевского химического общества Кэрол Робинсон.







Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *