Перейти к основному содержанию
Реклама
Прямой эфир
Общество
Генпрокуратура признала U.S. Helsinki Commission нежелательной организацией в РФ
Происшествия
В результате крушения самолета в Актау погибли 38 человек
Армия
Средства ПВО за ночь поразили 59 украинских беспилотников над регионами России
Армия
Главный центр связи Генштаба ВС РФ наградили орденом Суворова
Мир
Черный ящик обнаружили на месте крушения самолета в Казахстане
Экономика
В РФ средние зарплатные предложения в нефтегазовой отрасли за год выросли на 21%
Мир
Западные СМИ обеспокоены неопытностью кандидата Трампа на пост главы ВМС
Мир
Путин заявил об ожидаемом росте ВВП стран СНГ на уровне 4,7% по итогам года
Мир
Лавров призвал отвечать на атаки Киева по принципу «семь раз отмерь»
Мир
В Ирландии обвинили Зеленского в краже у союзников миллионов долларов
Мир
Захарова назвала провокацией вбросы про возможную отправку войск ЕС на Украину
Мир
Между Эстонией и Финляндией произошло аварийное отключение кабеля EstLink 2
Армия
ВСУ начали использовать в зоне СВО американские дробовики
Мир
Спецборт МЧС доставит в Москву пострадавших при крушении самолета в Актау россиян
Мир
РФ заявила странам Балтии досудебные претензии из-за ущемления русских
Мир
После крушения самолета в Актау госпитализированы 29 человек
Политика
В Госдуме предупредили россиян о штрафах за украшение подъездов к Новому году
Мир
Минтранс Казахстана сообщил о 16 россиянах на борту разбившегося в Актау самолета
Главный слайд
Начало статьи
Озвучить текст
Выделить главное
Вкл
Выкл

Нобелевской премии по химии в 2019 году удостоились ученые, внесшие основной вклад в разработку литий-ионных батарей, использование которых помогло создать компактные телефоны, ноутбуки и электромобили. Главный научный приз был разделен между первооткрывателем этих аккумуляторов британским химиком Стэнли Уиттингемом, развившим его идеи американским физиком Джоном Гуденафом и японским химиком Акирой Йошино, который создал первый промышленный образец нового устройства и запустил его массовое производство. Таким образом, сегодня каждый человек на земле, использующий мобильный телефон, держит в руках открытие нобелиатов-2019.

Три столпа нобелевки

В 70-е годы прошлого века выбор аккумуляторов был крайне узок — львиную долю рынка занимали практически безальтернативные свинцовые системы, различные вариации которых на тот момент использовались уже порядка 150 лет. Однако они были крайне тяжелыми и не давали возможности для развития портативной электроники. Именно поэтому первые образцы мобильных телефонов оказались очень крупными и продавались в комплекте с набором тяжелых элементов питания, каждый из которых обеспечивал лишь несколько часов работы аппарата.

В таких условиях разработка легких и емких батарей стала одной из важнейших задач, решение которой началось с открытия англичанина Майкла Стэнли Уиттингема, создавшего первый в мире заряжаемый аккумулятор на основе лития. Однако первоначальный образец батареи был далек от совершенства и требовал появления новых материалов, которые улучшили бы ее электрические характеристики.

Стэнли Уиттингем, лауреат Нобелевской премии по химии 2019 года

Стэнли Уиттингем, лауреат Нобелевской премии по химии 2019 года

Фото: REUTERS/Andreas Gebert

Сделать это позволили исследования американского ученого Джона Гуденафа.

— Он приспособил для применения в аккумуляторах катоды на основе весьма неожиданного для ученых того времени материала — литий-железо-фосфата, который в обычных условиях обладает очень плохой ионной и электронной проводимостью, — рассказал директор Центра компетенций «Новые мобильные источники энергии» ИПХФ РАН Юрий Добровольский. — Гуденаф доказал, что этот материал способен быть отличным проводником, если использовать его в виде наночастиц, которые будут обладать необходимыми характеристиками не за счет своего объема (что подразумевали традиционные подходы того времени), а исходя из большой площади поверхности, которая дополнительно покрывалась тонким слоем углерода.

В результате ученым удалось получить новые аккумуляторы, которые втрое превосходили аналоги по электрической емкости на килограмм веса. Однако, добившись высоких характеристик, исследователи столкнулись с опасностью возгорания батареи, основной причиной которого было использование взрывоопасного металлического лития в качестве отрицательного электрода (анода). Этот материал часто вызывал короткие замыкания, которые приводили к разрушению устройств. Решением проблемы стало изобретение углеродных электродов с внедренными в них ионами металлического лития, которые уже не представляли опасности. В результате батареи превратились в литий-ионные и стали пригодны для внедрения в промышленность.

Джон Б. Гуденоф, лауреат Нобелевской премии по химии 2019 года, во время пресс-конференции в Королевском обществе в Лондоне

Джон Б. Гуденоф, лауреат Нобелевской премии по химии 2019 года, во время пресс-конференции в Королевском обществе в Лондоне

Фото: REUTERS/Peter Nicholls

Добиться этого удалось Акире Йошино, создавшему первую полноценную литий-ионную батарею на основе кобальтата лития. Она обладала высокой плотностью энергии при относительно малой мощности и низкой скорости зарядки и разрядки, которых хватало для применения в радиоэлектронике и мобильных телефонах. Йошино запустил и массовый выпуск этих аккумуляторов, который начался в 1986 году.

— Путь от предложения Гуденафом кобальтата лития в качестве материала для катода до создания первого промышленного образца батареи был пройден всего за пять лет. Это можно считать рекордной скоростью внедрения идей высокой науки в практику, — считает руководитель группы материалов для литий-ионных аккумуляторов Института химии твердого тела и механохимии СО РАН Нина Косова.

Тягловая батарейка

Впоследствии возникла и необходимость создания более мощных батарей для электродвигателей (в том числе автомобильных), что повлекло внедрение в них альтернативных материалов.

— Решить эту задачу получилось с помощью железо-фосфатных материалов, которые способны быстро впитывать и отдавать энергию. Это необходимо, например, для интенсивного разгона автомобиля и быстрого накопления энергии с помощью системы ее рекуперации, которая включается при торможении, — отметил приглашенный эксперт Кафедры физической химии НИТУ «МИСиС» Алексей Юдин. — Если же говорить про аккумуляторы для мобильных устройств, здесь кобальтат лития впоследствии заменили материалы на основе Li-NMC (Lithium Nickel Manganese Cobalt — катод, который содержит сочетание оксидов лития никеля и марганца. — «Известия»). Они более безопасны — не приводят к возгоранию — и позволяют быстро заряжать телефоны и компьютеры.

По словам экспертов, развитие технологии позволило не только расширить ее применяемость — оно положительно сказалось и на количестве энергии, которую возможно «спрятать» в аккумулятор. Если в конце 1990-х емкость стандартной батарейки составляла около 100 Ватт в час на килограмм, то сейчас этот показатель увеличился как минимум в 2,5 раза.

Зарядка электромобиля

Зарядка электромобиля

Фото: ТАСС/Александр Щербак

Среди основных перспективных областей применения литий-ионных батарей эксперты называют автопром (причем это касается и создания электромобилей, и выпуска гибридных моделей), накопители энергии (пауэрбанки), аккумуляторы для авиационной и космической техники, а также электрические велосипеды и самокаты. Кроме того, разработка используется в системах накопления энергии из возобновляемых источников (в частности, от солнечных батарей и ветрогенераторов), робототехнике, медицинских имплантах, охранных и военных системах.

— Любопытно, что в качестве дальнейшего развития технологии ученые видят уход от металла, давшего названия новым батареям (лития), и переход на натрий-ионные и калий-ионные устройства. Стоимость необходимых для них элементов в разы ниже, — отметил профессор Сколковского университета науки и технологий Артем Абакумов.

Акира Йошино, лауреат Нобелевской премии по химии 2019 года, держит макет литий-ионного аккумулятора во время пресс-конференции в Токио

Акира Йошино, лауреат Нобелевской премии по химии 2019 года, держит макет литий-ионного аккумулятора во время пресс-конференции в Токио

Фото: REUTERS/Issei Kato

При этом в передовых устройствах будут использоваться те же научные принципы, которые были открыты и развиты нобелевскими лауреатами. К слову, каждый из них тоже демонстрирует удивительные качества научного долгожительства.

Перезаряжаемые ученые

Например, 97-летний Джон Гуденаф, родившийся в Германии еще до прихода к власти Гитлера и переехавший с родителями в США, на сегодняшний день является старейшим нобелиатом на протяжении всей истории премии.

Он знаменит не только высказыванием: «У меня еще есть время на открытия. Мне всего лишь 92», но и своим смехом, который явно стоит услышать. Для этого нужно просто набрать в поисковике «Джон Гуденаф. Смеяться».

Несмотря на то что в детстве и юности Гуденаф не проявлял интереса к науке, его путь в итоге прошел через Чикагский университет и обучение у Энрико Ферми. В свои 97 профессор каждый день ходит на работу в свою лабораторию в Техасе. Сейчас, по информации газеты The Guardian, он находится в Лондоне и готовится отпраздновать премию.

Нобель

— Я не знал, что инженеры-электрики будут делать с созданной мною батареей. Я действительно не ожидал нашествия мобильных телефонов, видеокамер и всего остального, — сказал он в недавнем интервью The Times.

77-летний Стенли Уиттингем, по информации АР, после присуждения премии заявил, что теперь ему нужно поблагодарить так много людей, что он не знает, с кого начать. Профессор живет в Нью-Йорке, но на этой неделе, как и его коллега, находится в Европе на конференции.

А вот до 71-летнего Акиры Йошино удалось дозвониться прямо во время стокгольмской пресс-конференции. Он был очень удивлен, но сказал, что был уверен: за литий-ионные батареи когда-нибудь присудят Нобелевскую премию. Однако никогда не думал, что это будет так скоро: «Сюрприз, сюрприз!»

Подводя итог, можно сказать, что, создав перезаряжаемые устройства, нобелиаты открыли новый источник энергии и для своей жизни.

Читайте также
Прямой эфир