Нобелевскую премию по химии присудили создателям литий-ионных аккумуляторов

Нобелевской премией по химии 2019 года награждаются разработчики литий-ионной батареи. Эта легкая, перезаряжаемая и мощная батарея используется во всем, от мобильных телефонов до ноутбуков и электромобилей. Она может накапливать значительное количество энергии от солнечной и ветровой энергии, 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 хранить 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 (Stanley Whittingham) работал над разработкой методов, которые могли бы привести к использованию технологий, не использующих ископаемое топливо. Он начал исследовать сверхпроводники и обнаружил чрезвычайно энергоемкий материал, который он использовал для создания инновационного катода в литиевой батарее. Это было сделано из дисульфида титана, который, на молекулярном уровне, имеет места, которые могут содержать ионы лития.

Анод батареи был частично изготовлен из металлического лития, который обладает сильной способностью выделять электроны. Это привело к тому, что батарея имела большой потенциал, напряжение которой составляло чуть более двух вольт. Однако металлический литий является реактивным, и батарея была слишком взрывоопасной.

Джон Гуденоф (John Goodenough) предсказал, что катод будет иметь еще больший потенциал, если он будет сделан с использованием оксида металла вместо сульфида металла. После систематического поиска в 1980 году он продемонстрировал, что оксид кобальта с интеркалированными ионами лития может производить до четырех вольт. Это был важный прорыв, который привел к появлению гораздо более мощных батарей.

На основе катода Гуденафа в 1985 году Акира Ёсино (Akira Yoshino) создал первую коммерчески жизнеспособную литий-ионную батарею. Вместо того, чтобы использовать реактивный 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, протекающих назад и вперед между анодом и катодом.

Литий-ионные аккумуляторы произвели революцию в нашей жизни с тех пор, как они впервые появились на рынке в 1991 году. Они заложили основу беспроводного общества, свободного от ископаемого топлива, и приносят наибольшую пользу человечеству.