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.
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.
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.