«Відновлюваний світ»: Нобелівську премію з хімії-2019 отримали творці літій-іонної батареї

9 жовтня Шведська королівська академія наук оголосила імена переможців Нобелівської премії з хімії 2019 року. Її розділять між собою троє науковців, які в різний час доклалися до створення сучасних літій-іонних батарей. На думку членів Нобелівського комітету, цей винахід дозволяє знизити вплив людства на клімат.

Як повідомив генеральний секретар Академії Ґоран Ганссон, Нобелівську премію з хімії 2019 року присудили за внесок у «відновлюваний світ» – тобто світ пристроїв, які можна перезарядити. Лауреатами стали:

  • Джон Ґуденаф (97 років) з Німеччини, працює в Університеті Техасу, США. Він став найстаршим лауреатом з хімії в історії
  • Стенлі Віттінгем (78 років) з Великої Британії, працює в Бінгхемптонському університеті та Університеті штату Нью-Йорк у США
  • Акіра Йосіно (71 рік), Японія, професор університету Мейо в Наґойї

Лауреати отримали премію за свій внесок у розробку літій-іонних батарей. Як розповіла членкиня Нобелівського комітету з хімії Сара Сноґеруп Лінсе, створення літій-іонної батареї відкрило людству шлях до «технічної революції».

«Лауреати розробили літій-іонні батареї з достатнім потенціалом для використання в багатьох напрямках: для портативної електроніки, мобільних телефонів, кардіостимуляторів, але також – електромобілів, які їздять на довгі дистанції. Батарея більше не важить дві тонни – тільки 300 кілограмів. Здатність батарей зберігати енергію з відновлювальних джерел – сонця, вітру – відкриває шлях до споживання сталої енергетики. Щоб зробити це можливим, лауреати вирішили цілу низку хімічних задач», – розповіла Лінсе.

Колега Сноґеруп Лінсе Олоф Рамстрьом, пояснюючи принцип роботи елементів живлення, зазначив, що деякі з них, наприклад, свинцево-кислотна акумуляторна батарея, були розроблені ще в 19 столітті. Розробка принципово нової батареї, додав він – нелегка робота.

Член Нобелівського комітету Олоф Рамстрьом (праворуч) пояснює принцип роботи елементу живлення. Ліворуч: його колега Сара Сноґеруп Лінсе та генеральний секретар Шведської королівської академії наук Ґоран Ганссон

Член Нобелівського комітету Олоф Рамстрьом (праворуч) пояснює принцип роботи елементу живлення. Ліворуч: його колега Сара Сноґеруп Лінсе та генеральний секретар Шведської королівської академії наук Ґоран Ганссон

Як розповів Рамстрьом, Стенлі Віттінгем ще в 1970-х дізнався, що разом із літієм, який добре підходить до використання в батареях, може бути використаний дісульфід титану. Це поєднання дозволило підвищити вольтаж батарей до 2 вольт. Згодом, вже у 1980-х Джон Ґуденаф зміг удосконалити цю конфігурацію, використовуючи разом із літієм катод (негативно заряджений електрод) на основі оксиду кобальту. Таким чином вольтаж батареї зріс до «неймовірних» 4 вольт, зазначає Рамстрьом.

Потім, продовжує він, також у 80-х Акіра Йосіно з’ясував, що нафтовий кокс може поєднуватися з літієвими іонами, створюючи для них щось на кшталт прошарків у батареї. Його внесок дозволив створити той варіант літій-іонних батарей, якими людство користується зараз.

Ці відкриття дійсно призвели до створення фантастичного продукту – літій-іонної батареї
Олоф Рамстрьом

«Ось як це працює: у вас є два електроди, обидва вони можуть поглинати та виділяти іони літію з різною напругою. Протягом цього процесу живлення іони літію мандрують від одного матеріалу через електроліт до іншого, і водночас електрони йдуть електричним контуром, заряджаючи ваш електронний пристрій. Це робить процес досить безпечним, тому що у вас немає жодних слідів металу літію, і, що дуже важливо, якщо повернути процес навпаки, помістити батарею в зарядний пристрій, то її можна зарядити. І цей процес ви можете повторювати сотні разів, перш ніж батарея зрештою перестане бути придатною до роботи. Ці відкриття дійсно призвели до створення фантастичного продукту – літій-іонної батареї», – підсумував Рамстрьом.

Літій-іонні акумулятори використовуються не тільки в мобільних телефонах та іншій портативній електроніці, а й в електронному транспорті. Нобелівський комітет дійшов висновку, що цей винахід може дещо знизити вплив, який людство має на довкілля.

Двоє американських астронавтів, Шейн Кімбро та Пеґґі Вітсон встановлюють проміжкові пластини та електричні контакти літій-іонних батарей на Міжнародній космічній станції, січень 2017 року

Двоє американських астронавтів, Шейн Кімбро та Пеґґі Вітсон встановлюють проміжкові пластини та електричні контакти літій-іонних батарей на Міжнародній космічній станції, січень 2017 року

«Ми бачимо переключення з транспорту на викопному паливі на електричний, і це принаймні на локальному рівні дає безпосередній вплив на довкілля. Але ми також перенесли виробництво енергії з машин на енергетичні поля, де можна легше керувати виробництвом. Ми також бачимо, що цей тип батарей дедалі частіше використовуються як додаткові інструменти відновлюваних джерел енергії. Тобто ви можете заряджати батарею, коли маєте доступ до сонячної енергії, а, коли сонце заходить, використовувати енергію, яку зберегли в батареях. Це однозначно має вплив і, можливо, матиме набагато сильніший вплив у майбутньому», – припустив Олаф Рамстрьом.

Читайте також: Літій: чи допоможе український метал світовому ринку електрокарів?

Нобелівський комітет не зміг зв’язатися з доктором Ґуденафом, щоб повідомити про присудження, однак його представники змогли поговорити з Акірою Йосіно та Віттінгемом, розповів Ґоран Ганссон.

«Ніхто з них не сказав «нарешті!», але, звісно, вони були раді почути новини. Не знаю, чи вони чекали на це роками, але були дуже щасливі», – повідомив він.

Троє науковців розділять між собою 9 мільйонів шведських крон (трохи більше ніж 900 тисяч доларів США).

Довідка

Хімія була основною з багатьох галузей, якими цікавився засновник премії Альфред Нобель. Найвідомішим з 355 його патентів є динаміт. На його честь також назвали штучно отриманий хімічний елемент нобелій.

Нобелівський комітет розсилає пропозиції номінувати кандидатів ще у вересні за рік до присудження. У вересні наступного року комітет звітує про отримані та опрацьовані пропозиції перед Шведською королівською академією наук.

Право пропонувати номінантів з фізики та хімії мають:

  • шведські та закордонні члени Королівської шведської академії наук
  • члени Нобелівського комітету з хімії та фізики
  • лауреати Нобелівської премії з хімії та фізики попередніх років
  • штатні професори хімії в технологічних університетах та інститутах Швеції, Данії, Фінляндії, Ісландії та Норвегії, зокрема професори Каролінського інституту в Стокгольмі
  • штатні професори не менш ніж шести інших університетів або університетських коледжів в університетах інших країн світу, яких відбирає Академія наук
  • науковці, від яких Академія також вважає за доречне прийняти пропозиції.

Ніхто не може номінувати на Нобелівську премію самого себе.

З 1901 року Нобелівську премію з хімії вручили 111 разів, її отримали загалом 183 людини. У 63 випадках нагорода дісталася одному вченому, 23 премії розділили між собою двоє лауреатів і 25 – троє.

Читайте також: Всесвіт у чашці кави: хто і за що отримав Нобелівську премію з фізики 2019 року​

Двом лауреатам довелося відмовитися від нагороди: Річарду Куну в 1938 та Адольфу Бутенандту в 1939-му. Обоє були німцями і зазнали тиску з боку Адольфа Гітлера (він же заборонив отримати премію з медицини бактеріологу Гергарду Домагку). Згодом вони отримали свої Нобелівські дипломи та медалі, але не суму премії.

Інформація про номінантів є засекреченою протягом 50 років. Наразі в архіві Нобелівського комітету розкриті дані про номінантів першої половини ХХ століття. В галузі фізики з 1901 по 1966 рік їх було 2 931.

Нобелівську премію з хімії наразі отримали п’ять жінок-науковиць: Марія Кюрі (в 1911, для неї це була друга премія після нагороди з фізики), її донька Ірен Жоліо-Кюрі (1935), Дороті Кроуфорд-Ходжкін (1964), Ада Йонат (2009) та Френсіс Арнольд (2018).

Британський біохімік Фредерік Сенгер став єдиним наразі хіміком, який отримав нагороду в цій галузі двічі: у 1958 та 1980 роках.

У 2018 році лауреатами Нобелівської премії в галузі хімії стали Френсіс Арнольд за вивчення еволюції ферментів та Джорж Сміт і Ґреґорі Вінтер за фагове відображення пептидів й антитіл.