Dodano: 09 październik 2019r.

Nagroda Nobla 2019 z chemii za rozwój baterii litowo-jonowych

Laureatami Nagrody Nobla 2019 z chemii zostali John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham i Akira Yoshino „za rozwój akumulatorów litowo-jonowych”.

Nagroda Nobla 2019 z chemii za rozwój baterii litowo-jonowych

 

Komitet Noblewski opisując dokonania tegorocznych noblistów przyznał, że akumulatory litowo-jonowe zrewolucjonizowały nasze życie i są używane we wszystkim, od telefonów komórkowych po laptopy i pojazdy elektryczne. Dzięki swojej pracy tegoroczni laureaci Nagrody Nobla z chemii położyli podwaliny pod bezprzewodowe społeczeństwo bez paliw kopalnych. 

Na początku lat 70. ubiegłego wieku Stanley Whittingham wykorzystał ogromną energię litu do uwolnienia zewnętrznego elektronu, gdy opracował pierwszą funkcjonalną baterię litową. 

John Goodenough podwoił potencjał baterii litowej, tworząc odpowiednie warunki dla znacznie potężniejszej i bardziej użytecznej baterii. 

Akira Yoshino z kolei oparł akumulatory w całości na jonach litu, które są bezpieczniejsze niż czysty lit. Dzięki temu bateria sprawdziła się w użytku codziennym.

Nobel z chemii za baterie litowo-jonowe

Tegoroczny Nobel z dziedziny chemii nagradza rozwój baterii litowo-jonowej. Ta lekka, ładowalna i wydajna bateria jest teraz stosowana niemal wszystkich mobilnych urządzeniach elektronicznych. Ma także potencjał do zrewolucjonizowania odnawialnych źródeł energii. Może także magazynować znaczne ilości energii z energii słonecznej i wiatrowej, umożliwiając społeczeństwo wolne od paliw kopalnych.

Baterie litowo-jonowe są stosowane na całym świecie do zasilania przenośnej elektroniki, której używamy do komunikacji, pracy, nauki, słuchania muzyki i poszukiwania wiedzy.

Fundamenty tej technologii powstały podczas kryzysu naftowego w latach siedemdziesiątych. Stanley Whittingham pracował nad metodami, które mogłyby doprowadzić do powstania technologii pozyskiwania energii bez paliw kopalnych. Zaczął badać nadprzewodniki i odkrył niezwykle bogaty w energię materiał, którego użył do stworzenia innowacyjnej katody w akumulatorze litowym. Został on wykonany z dwusiarczku tytanu, który na poziomie molekularnym ma przestrzenie, w których mogą mieścić się i wiązać jony litu.

Anoda baterii została częściowo wykonana z metalicznego litu, który ma tendencję do uwalniania elektronów. W rezultacie powstała bateria, która miała wielki potencjał, nieco ponad dwa wolty. Jednak metaliczny lit jest reaktywny, a akumulator był zbyt "wybuchowy", aby za to opłacalny.

John Goodenough przewidział, że katoda będzie miała jeszcze większy potencjał, jeśli zostanie wykonana przy użyciu tlenku metalu zamiast siarczku metalu. Po systematycznych poszukiwaniach w 1980 r. wykazał, że tlenek kobaltu z interkalowanymi jonami litu może wytwarzać aż cztery wolty. Interkalacj jest procesem, w którym można cząsteczkę między dwoma innymi cząsteczkami. Był to ważny przełom i doprowadził do powstania znacznie mocniejszych akumulatorów.

Bazując na katodzie Goodenougha, Akira Yoshino stworzył pierwszą komercyjnie opłacalną baterię litowo-jonową w 1985 r. Zamiast reaktywnego litu w anodzie zastosował koks naftowy, materiał węglowy, który podobnie jak tlenek kobaltu katody może interkalować jony litu .

W rezultacie powstał lekki, wytrzymały akumulator, który można było ładować setki razy, zanim pogorszy się jego wydajność. Zaletą akumulatorów litowo-jonowych jest to, że nie są one oparte na reakcjach chemicznych rozkładających elektrody, ale na jonach litu przepływających tam i z powrotem między anodą i katodą.

Akumulatory litowo-jonowe zrewolucjonizowały nasze życie, odkąd po raz pierwszy weszły na rynek w 1991 roku. 

Nagrody Nobla 2019

Od poniedziałku trwa tydzień noblowski. Nagrodę Nobla z medycyny i fizjologii otrzymali w poniedziałek   William G. Kaelin, Sir Peter J. Ratcliffe oraz Greg L. Semenza za odkrycia, w jaki sposób komórki wykrywają i dostosowują się do dostępności tlenu. We wtorek przyznano Nagrodę Nobla z fizyki, którą uhonorowano Jamesa Peeblesa oraz Michela Mayora i Didiera Queloza. Peebles został uhonorowany za "teoretyczne odkrycia w kosmologii fizycznej”. Mayor i Queloz zostali nagrodzeni za "odkrycie egzoplanety krążącej wokół gwiazdy typu słonecznego”.

W ubiegłym roku laureatami Nagrody Nobla z chemii zostali Frances H. Arnold, George P. Smith oraz Sir Gregory P. Winter. Badaczy uhonorowano za "wykorzystanie mechanizmów ewolucji". Frances Arnold to piąta kobieta w historii nagrodzona Noblem z chemii. Pierwszą była Maria Curie-Skłodowska, a drugą jej córka, Irene Joliot-Curie.

Dotychczas przyznano 110 Nagród Nobla z chemii. Wśród laureatów jest Maria Curie-Skłodowska, która otrzymała Nagrodę Nobla z chemii w 1911 roku. Osiem lat wcześniej otrzymała Nagrodę Nobla z fizyki. Nobel z chemii sprawił, że była wówczas jedyną osobą, która dwukrotnie otrzymała tę prestiżową nagrodę.

Frederick Sanger jako jedyny dwukrotnie otrzymała Nagrodę Nobla z chemii. W 1958 został wyróżniony za pionierską metodę ustalania struktury białek, a w 1980 roku został nagrodzony za opracowanie metody sekwencjonowania DNA.

Najmłodszym noblistą z chemii jest Frédéric Joliot, który miał 35 lat, gdy odbierał nagrodę w 1935 roku. Frédéric otrzymał nagrodę wraz Irène Joliot-Curie - córką Marii Skłodowskiej-Curie, za odkrycie sztucznej promieniotwórczości. Najstarszy to Johna B. Fenn nagrodzony w 2002 roku. Podczas ceremonii rozdania nagród miał 85 lat.

W regulaminie nagrody stoi zapis, że może być przyznana maksymalnie trzem osobom. Laureat lub laureaci otrzymają w tym roku 9 milionów koron szwedzkich. To w przeliczeniu daje około 870 tys. euro. Otrzymają także medal oraz dyplom.