Мир на подзарядке. Суть Нобелевской премии по химии в 100 и 500 словах

  • 9 октября 2019
Джон Гудэнаф, Стэнли Уиттенхэм и Акира Ёсино Правообладатель иллюстрации Nobel Media
Image caption Слева направо: Джон Гудэнаф, Стэнли Уиттенхэм и Акира Ёсино

Нобелевскую премию 2019 года по химии получили Джон Гудэнаф, Стэнли Уиттенхэм из США и Акира Ёсино из Японии - за разработку литий-ионных батарей.

"Сейчас эта легкая, перезаряжаемая и в то же время мощная батарейка используется повсеместно - от мобильных телефонов до лэптопов и электромобилей", - подчеркивается в заявлении Нобелевского комитета.

Высшую награду научного мира нечасто вручают за подобные изобретения.

Литий-ионные батареи никак нельзя назвать технологической новинкой - они используются уже несколько десятилетий и получили настолько широкое распространение, что их в буквальном смысле носят в кармане большинство жителей планеты.

Русская служба Би-би-си коротко (в 100 словах) и чуть подробнее (в 500 словах) объясняет, как это открытие изменило мир и почему оно лишь сейчас получило признание Шведской академии наук.

Значение устройств, позволяющих хранить электроэнергию и носить ее с собой в компактной форме, сложно переоценить.

Батарейки обеспечивают работу всей беспроводной электроники, при помощи которой мы общаемся друг с другом, работаем, учимся, слушаем музыку и узнаем новую информацию.

При этом самых важных характеристик у любой батареи три: сколько она весит, как долго способна работать и сколько раз аккумулятор можно перезаряжать.

Разработанные новоиспеченными нобелевскими лауреатами литий-ионные батареи обеспечивают оптимальное соотношение всех этих качеств.

Они легкие, компактные и при этом довольно мощные - то есть способны накапливать и сохранять большое количество энергии - и выдерживают тысячи подзарядок без существенной потери в качестве.

Именно поэтому их используют в производстве почти всех без исключения мобильных устройств.

Представьте себе мир, в котором любой прибор, использующий электричество - от зубной щетки и мобильного телефона до электродрели, видеокамеры и автомобиля - работает исключительно от розетки, то есть стационарной электрической сети.

А теперь оглянитесь вокруг - и вы поймете, что свобода передвижения современного человека напрямую зависит от емкости его аккумуляторов. Окружающий нас мир - это мир на подзарядке.

Правообладатель иллюстрации Getty Images

Конечно, батарейки, а вернее - автономные подзаряжаемые элементы питания - изобрели отнюдь не Джон Гудэнаф, Стэнли Уиттенхэм и Акира Ёсино.

Но именно они сделали их достаточно легкими, мощными и компактными, чтобы обеспечить нужды современной электроники, и открыли новые горизонты перед производителями мобильных устройств.

До того как в начале 1990-х в продаже появились первые литиевые батарейки, весь мир пользовался технологиями, придуманными еще в XIX веке. Они используются и по сей день - но, мягко говоря, не слишком подходят для производства мобильных гаджетов.

Если вам когда-либо случалось видеть (или не дай бог поднимать) аккумулятор обычного автомобиля, работающего на бензине или на дизельном топливе, то вы наверняка понимаете, почему.

Это разработанная 150 лет назад свинцово-кислотная батарея, которая производит электричество за счет реакции оксида свинца с серной кислотой. Весит она соответственно: свинец - очень тяжелый металл, он тяжелее меди и серебра.

Следующим поколением батареек (тоже описанным еще в 1899 году) стали щелочные элементы питания - там использовали сначала никель, который на четверть легче свинца, а затем еще более легкий цинк. Однако их было нельзя перезаряжать - батарейки были в основном одноразовыми.

Многие десятилетия ученые бились над созданием именно литиевых аккумуляторов, поскольку литий - самый легкий из существующих в природе металлов: он в 20 с лишним раз легче свинца, в 13 раз легче цинка - и даже почти вдвое легче воды.

Но в то же время литий - крайне неустойчивый элемент, высокую химическую активность которого очень нелегко обуздать и направить в нужное русло.

Именно это удалось сделать Джону Гудэнафу, Стэнли Уиттенхэму и Акире Ёсино.

Правообладатель иллюстрации Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Scien

Их многолетние исследования позволили появиться на свет сначала литиевой, а затем и литий-ионной батарейке, которая произвела настоящую революцию в мобильной электронике. Она оказалась легким, мощным и способным к быстрой подзарядке элементом питания.

Именно поэтому она получила такое широкое распространение и используется практически во всех гаджетах, которыми мы пользуемся ежедневно. Та же технология позволяет ездить электромобилям и остальным транспортным средствам, работающим на аккумуляторах.

При чем здесь Грета Тунберг?

Сколь бы революционной ни была технология, удостоенная Нобелевской премии, ее никак нельзя назвать новой: литий-ионные аккумуляторы широко используются уже по меньшей мере пару десятилетий. Почему же она получила награду только сейчас?

Ответ на этот вопрос может скрываться во второй части заявления Нобелевского комитета: эти батареи "способны хранить существенное количество энергии солнца и ветра, открывая возможность прекратить использование ископаемого углеводородного сырья".

Одна из главных проблем "зеленой" энергетики состоит в том, что она не может обеспечивать постоянное питание сети. Солнечные панели не производят энергию ночью, ветряные электростанции бесполезны в условиях штиля.

Чтобы энергия солнца и ветра могла поступать в сеть круглосуточно и ежедневно, необходимы аккумуляторы, которые могут запасать ее излишки - и отдавать их при недостатке производства энергии.

Неудивительно, что достоинства литий-ионных батарей стали особенно актуальны и были отмечены высшей научной наградой именно сейчас, когда одним из главных политических вопросов по всему миру стала проблема изменения климата.

Новости по теме