«Давно пора»: Нобелевскую премию дали за батарейки

Нобелевскую премию по химии дали за литий-ионные батареи

,
Создатели литий-ионных батарей удостоились Нобелевской премии по химии за 2019 год. Трое исследователей из разных стран смогли создать источники электрического тока, которые сегодня используются во многих областях – начиная от мобильных телефонов и заканчивая электромобилями.

Лауреатами Нобелевской премии по химии стали американский физик Джон Гуденаф, британский химик Стэнли Уиттингем и японский химик Акира Есино за развитие литий-ионных батарей. Имена лауреатов были объявлены на церемонии Нобелевского комитета в Стокгольме.

Литий-ионные батареи — это быстро перезаряжаемые и мощные химические источники электрического тока, которые используются во многих областях, начиная от мобильных телефонов и заканчивая электромобилями.

Они находят широкое применение и в области альтернативной энергетики, так как позволяют накапливать излишки солнечной и ветряной энергии, что позволяет в конечном итоге уменьшать зависимость человечества от ископаемых источников топлива.

Долгожданным и заслуженным считает присуждение премии Даниил Иткис, старший научный сотрудник химического факультета МГУ.

«Комментарий короткий – давно пора, — сказал он «Газете.Ru». – Мы очень долго ждали этого события.

Литий-ионные аккумуляторы, существование которых определяется подбором материала электродов и электролита, обязаны своим появлением именно этим людям».

История литий-ионных батарей началась во время мирового нефтяного кризиса в 1970-е годы. Тогда Стэнли Уиттингем разрабатывал новые методы в области производства сверхпроводников и создал материал, который стал отличным катодом в литиевых батареях. Это был дисульфид титана, который на молекулярном уровне имеет ячейки, где могут удерживаться ионы лития.

В роли катода при этом выступал литий, способный активно высвобождать электроны, — так получились первые батареи с напряжением 2 вольта. Однако они были слишком взрывоопасны.

Гуденаф, специалист в области материаловедения, считал, что использование оксида металла вместо сульфида позволит значительно развить потенциал катода. В 1980 году, после ряда экспериментов, он предложил использовать оксид кобальта. С его помощью напряжение удалось довести до 4 вольт.

В 1985 году Есино, основываясь на разработках Уиттингема и Гуденафа, разработал первый коммерческий образец литий-ионной батареи — легкий и износостойкий аккумулятор, который можно перезаряжать сотни раз до того, как он выйдет из строя.

Первую партию батарей выпустила японская корпорация Sony в 1991 году.

Они произвели настоящую технологическую революцию, заложив основу для создания систем устройств, не зависящих от проводов и ископаемого топлива.

«Технология литий-ионных аккумуляторов развивается уже тридцать лет и уже подходит к своему пределу, — говорит Иткис. — Сегодня это очень широкий класс химических источников тока. Они бывают и высокомощные, и с высокой удельной энергией, то есть они не универсальные. Поэтому надо понимать, что для каких-то задач будут оптимальны свои источники, но ими все не исчерпывается. Например, для крупных систем накопления энергии интереснее использовать натрий-ионные или калий-ионные аккумуляторы, которые только разрабатываются».

По мнению Иткиса, в настоящее время лидером в области разработки литий-ионных элементов являются США.

«Очень хорошая научная школа во Франции. А в технологическом плане сегодня впереди Корея и Япония, хотя их уже догоняет Китай и думаю, скоро перегонит», — добавляет он.

Ранее предполагалось, что Нобелевская премия по химии могла достаться Рольфу Хьюсгену из Мюнхенского университета и Мортену Мельдалю из Университета Копенгагена, сделавшим существенный вклад в развитие синтетической органической химии. Хьюсген разработал общую концепцию 1,3-диполярного циклоприсоединения, а спустя полвека группа Мельдаля сообщила о катализе подобной реакции медью. Реакция Хьюгсена получила широкое распространение в клик-химии, химических реакциях, направленных на быстрое и эффективное получение химических веществ с помощью соединения отдельных маленьких элементов.

Это позволяет, например, ускорить поиск новых лекарств — в частности, по реакции Хьюгсена образуются триазолы, соединения с диапазоном применений от пестицидов до нейролептиков.

Еще один кандидат в лауреаты — профессор Оксфордского университета Эдвин Саузерн, разработавший метод выявления определенной последовательности ДНК в образце. Саузерн-блот позволяет определять число копий генов в пробе. Метод лег в основу генетического картирования, диагностики, скрининга и персонализированной медицины.

За разработку исследовательских методов могли быть награждены еще трое специалистов: Марвин Карутерс из Университета Колорадо, Лерой Худ из Института системной биологии в Сиэттле и президент компании Pacific Biosciences of California Майкл Ханкапиллер.

Все они — разработчики новых методов и приборов секвенирования и синтеза ДНК и белков, без которых был бы невозможен успех проекта «Геном человека».

Журнал Химического общества США Chemical & Engineering News предлагал своих кандидатов. По мнению специалистов, верно спрогнозировавших вручение премии Гуденафу или кому-то еще, кто занимался созданием литий-ионных батарей, премии были также достойны внесшие значительный вклад в исследование метода редактирования генома CRISPR американский биохимик Дженнифер Дудна и французский микробиолог Эммануэль Шарпентье.

Читатели европейского журнала Chemistry Views болели за астрохимика Эвину ван Дисхук, разработчицу метода радикальной полимеризации с переносом атомов Кшиштофа Матяшевского, и создателя металлоорганических каркасов Омара Яги.

В 2018 году половину премии получила американский ученый Фрэнсис Арнольд за работы в области эволюции ферментов, половину — американец Джордж Смит и британец сэр Грегори Уинтер за разработку фагового дисплея, метода изучения белок-белковых, белок-пептидных и ДНК-белковых взаимодействий, использующий бактериофагов для того, чтобы соотнести белки и генетическую информацию, кодирующую их.