0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Нобелевская премия по химии присуждена за разработку литий-ионных аккумуляторов

Наука

Наука и власть

«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.

Читать еще:  Владимир Путин: «Закон Димы Яковлева» не отменят

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.

Нобелевскую премию по химии присудили за литий-ионные аккумуляторы

Лауреатами Нобелевской премии по химии в 2019 году стали Джон Гуденаф (John Goodenough) из университета Техаса в Остине, Стэнли Виттингхэм (Stanley Whittingham) из Университет Бингемтона (США) и Акира Ёсино ( Akira Yoshino) сотрудник корпорации Asahi Kasei и Университета Мейдзё. Премия присуждена им за разработку литий-ионных аккумуляторов. Прямая трансляция церемонии объявления лауреатов шла на сайте Нобелевского комитета, подробнее о работе ученых можно прочитать на сайте премии.

Лауреаты Нобелевской премии по химии 2019 года

Разработка литий-ионных аккумуляторов началась в 1970-1980-х годах. Основной задачей был выбор материалов для катода аккумулятора. В 1973 году Стенли Виттингхэм предложил использовать в качестве катодного материала сульфиды титана, способные интеркалировать в себя ионы лития, а уже в 1976 году был создан первый подобный аккумулятор. В 1979-1980 годах Джон Гуденаф предложил заменить сульфид титана и соответствующий интеркалят LixTiS2 на материалы на основе оксида кобальта. Так были созданы литий-ионные аккумуляторы на основе кобальтита лития LixCoO2.

В 1985 году научная группа под руководством Акиры Ёсино сделала следующий прорыв в создании литий-ионных аккумуляторов: аноды на основе сажи, образующейся при разложении углеводородов. Этот материал содержит в себе как аморфную сажу, так и кристаллические графитоподобные фрагменты. Он способен включать в себя большое количество лития, тем самым увеличивая возможную энергоемкость аккумуляторов. Кроме того, Ёсино сделал аккумуляторы безопаснее, уменьшив риск их взрыва или возгорания при повреждении.

Как отмечает Нобелевский комитет, литий-ионные аккумуляторы стали важной частью революции мобильных устройств и постепенного развития электротранспорта. «Многие последствия создания литий-ионных аккумуляторов еще только предстоит увидеть». В последние десятилетия развитие аккумуляторных технологий идет очень быстро и можно ожидать новых прорывов в этой технологии. Как отмечает Олоф Рамстрём, член Нобелевского комитета, результаты этих прорывов могут привести не только к повышению комфорта нашей жизни, но уменьшат наше неблагоприятное влияние на планету в целом.

В 2018 году лауреатами Нобелевской премии по химии стали Фрэнсис Арнольд (Frances Arnold) за направленную эволюцию ферментов, а также Джорджу Смиту (George Smith) и сэру Грегори Винтеру (Sir Gregory Winter) за фаговый дисплей пептидов и антител. Направленная эволюция ферментов позволяет искать более эффективные, например, работающие с большей скоростью или при повышенных температурах, белки-катализаторы путем внесения случайных мутаций в гены, кодирующие эти белки. Фаговый дисплей — лабораторный метод изучения взаимодействий белков с другими белками, пептидными последовательностями и ДНК, который основан на использовании бактериофагов — вирусов, которые заражают бактерию — для соотнесения белков и генетической информации, кодирующей их.

Читать еще:  Грузинский патриарх призвал к осторожности

В 2017 году Нобелевской премии по химии были удостоены Жак Дюбоше (Jacques Dubochet), Иоахим Франк (Joachim Frank) и Ричард Хендерсон (Richard Henderson) с формулировкой «за развитие криоэлектронной микроскопии высокого разрешения для определения структуры биомолекул в растворах». О принципах работы и важности метода можно прочитать в нашем материале «Тени во льду». В 2016 году Нобелевскую премию по химии вручили Жан-Пьеру Соважу (Jean-Pierre Sauvage), сэру Фрейзеру Стоддарту (Sir J. Fraser Stoddart) и Бернарду Феринга (Bernard L. Feringa) «за проектирование и синтез молекулярных машин».

Новость дополняется, обновляйте страницу.

Нобелевку по химии дали за разработку литий-ионных аккумуляторов

В Стокгольме объявили лауреатов Нобелевской премии за исследования в области химии. В этом году награждены трое ученых: немец Джон Гуденаф, британец Стэнли Уиттингем и японец Акира Ёсино, гласит сообщение Нобелевского комитета в Twitter.

Награда присуждена за разработку литий-ионных аккумуляторов.

«Литий-ионные аккумуляторы совершили революцию в нашей жизни и используются везде, от мобильных телефонов до ноутбуков и электромобилей. Своей работой лауреаты этого года заложили основу беспроводного общества, в котором нет места ископаемому топливу», — описывает заслуги ученых Нобелевский комитет.

Принцип работы литий-ионных аккумуляторов основан на реакциях окисления металлического лития, который входит в состав анода (положительный электрод). При разрядке металл окисляется и в форме катиона (положительно заряженный ион) движется к катоду (отрицательный электрод). При зарядке происходит обратный процесс. Литиевые аккумуляторы легче и безопаснее применявшихся ранее, у них низкая саморазрядка. Батареи такого типа можно регулярно немного подзаряжать, не боясь испортить.

Еще в 1970-х Уиттингем разработал прототип первой функциональной литиевой батареи, использовав «огромный потенциал лития для выделения внешнего электрона». Британский ученый начал исследовать сверхпроводные материалы и обнаружил среди них чрезвычайно энергоемкий образец.

Гуденаф предсказал, что у катода будет еще больший потенциал, если его выполнить с использованием оксида вместо сульфида лития. В 1980 году он продемонстрировал, что оксид кобальта с интеркалированными ионами лития (интеркаляция — внедрение ионов между молекулами или группами атомов другого типа) может производить до четырех вольт (у Уиттингема получилось выработать два вольта энергии благодаря своему прототипу).

На основе катода Гуденафа в 1985 году Ёсино создал первую коммерчески жизнеспособную литий-ионную батарею. Вместо того чтобы использовать литий в аноде, он использовал нефтяной кокс — углеродный материал, который тоже может интеркалировать ионы лития. У японца наконец получился легкий износостойкий аккумулятор, который можно заряжать сотни раз.

В этом году размер Нобелевской премии составляет 9 млн шведских крон, или чуть меньше $1 млн.

Как правило, Нобелевский комитет до последнего не раскрывает информацию о претендентах на премию. Но прогнозированием возможных кандидатов на соискание самой престижной премии мира занимаются исследователи из Clarivate Analytics, которые выносят свои предположения на основе мировых рейтингов цитируемости ученых в той или иной области знаний. Они предполагали, что Нобелевскую премию по химии этого года могут дать за одно из трех открытий:

  • исследование в области синтетической органической химии, а именно реакции Хьюсгена — химической реакции присоединения органических соединений азидов к таким углеводородам, как алкены и алкины;
  • изобретение метода Саузерн-блот для определения конкретных последовательностей ДНК в образцах. «Его изобретение стало началом генетического картирования (определение положения генов на генетической карте. — РБК), диагностики и скрининга, и это служит основой современной персонализированной медицины», — отметили аналитики Clarivate Analytics;
  • исследование синтеза ДНК и секвенирования генома.
Читать еще:  Крымчанин спас тонувшую в Черном море женщину

Нобелевская неделя открылась в Стокгольме двумя днями ранее, 7 октября, с объявления имен лауреатов премии по физиологии или медицине. Ее получили американские ученые Уильям Кэлин и Грегг Семенза, а также британец Питер Рэтклифф за изучение реакции клеток на кислород. Они раскрыли молекулярные механизмы, которые стоят за тем, как клетки реагируют на изменения в снабжении кислородом.

На следующий день, 8 октября, Шведская королевская академия наук разделила Нобелевскую премию по физике между швейцарскими учеными Дидье Келозом и Мишелем Майором, которые открыли первую экзопланету в 1995 году, и канадским космологом Джимом Пиблзом, работавшим над моделью Большого взрыва.

В прошлом году Нобелевскую премию по химии дали трем ученым — Фрэнсису Арнольду, Джорджу Смиту и сэру Грегори Уинтеру, которые занимались исследованиями направленной эволюции химических молекул, а также пептидов и антител. Сделанные ими открытия, отметили тогда в Нобелевском комитете, позволят в будущем решить многие проблемы человечества.

Нобелевскую премию по химии присудили за развитие литий-ионных батарей

Москва. 9 октября. INTERFAX.RU — Нобелевская премия по химии в 2019 году присуждена американскому физику Джону Гуденафу, британскому химику Стэнли Уиттингэму и японскому химику Акире Йошино за развитие литий-ионных батарей. Подробнее о работе ученых можно прочесть в пресс-релизе на сайте Нобелевского комитета.

The 2019 #NobelPrize in Chemistry has been awarded to John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham and Akira Yoshino «for the development of lithium-ion batteries.» pic.twitter.com/LUKTeFhUbg

— The Nobel Prize (@NobelPrize) 9 октября 2019 г.

Практически все современные электронные устройства, от смартфонов до электромобилей, работают за счет литий-ионных аккумуляторов, разработанных в 1970-1980-х годах. В основе работы этих накопителей энергии лежат электрохимические реакции окисления металлического лития, входящего в состав анода (положительный электрод). Во время разрядки литий окисляется и в виде катиона (положительно заряженный ион) движется к катоду (отрицательный электрод). Во время зарядки все происходит наоборот: под электрическим напряжением катионы лития выходят из катода и движутся к аноду, где идет восстановление.

Главной задачей при разработке литий-ионных аккумуляторов было определиться с катодным материалом. В 1973 году Стэнли Уиттингэм предложил использовать для этого сульфиды титана, которые могут интеркалировать (обратимое включение молекулы между другими молекулами) в себя ионы лития. В 1976 году сделали первый такой аккумулятор.

Джон Гуденаф в 1979-1980 годах предложил заменить сульфид титана и соответствующий интеркалят на материалы на основе оксида кобальта. Так были созданы литий-ионные аккумуляторы на основе кобальтита лития.

Коллектив ученых под руководством Акиры Йошино в 1985 году продвинулся еще дальше, развивая литий-ионные аккумуляторы. Было предложено использовать аноды на основе сажи, которая появляется при разложении углеводородов. Такой материал содержит в себе аморфную сажу, а также кристаллические графитоподобные фрагменты. Материал может включать в себя много лития, что увеличивает энергоемкость аккумуляторов. Кроме этого, усилиями Йошино аккумуляторы стали безопаснее: снизилась вероятность их возгорания или взрыва при повреждении.

В 2018 году награду получили Фрэнсис Арнольд за направленную эволюцию ферментов, а также Джордж Смит и сэр Грегори Винтер за фаговый дисплей пептидов и антител.

Ранее были объявлены Нобелевские лауреаты этого года в других областях. Премии по медицине удостоились британец сэр Питер Рэтклиф и американцы Уильям Келин-младший и Грегг Семенца за исследования того, как клетки реагируют на кислород и его отсутствие.

Лауреатами премии по физике стали канадец Джеймс Пиблз за теоретические открытия в области космологии, а также Мишель Майор и Дидье Кело за открытие первой экзопланеты на орбите солнцеподобной звезды — горячего Юпитера, вращающегося вокруг желтого карлика Гельветиоса в созвездии Пегаса.

10 октября объявят лауреатов в области литературы за 2018 и 2019 годы, так как в прошлом году премия не присуждалась.

Вручать Нобелевские медали будут 10 декабря в Стокгольме на традиционной официальной церемонии.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector