Вообще, комментировавшие эту новость на пресс-конференции выглядели очень довольными – наверное, по двум причинам. Во-первых, важность этого открытия очень легко объяснять и комментировать, это тебе не оптические пинцеты или эволюция белков в прошлом году. Ценность батареек понимают все. Во-вторых, в этом есть некий эффект “успели” — Джон Гуденаф стал старейшим лауреатом Нобелевской премии – ему сейчас 97 лет.
Достижения Гуденафа не ограничиваются отмеченной премией работой – за долгую и активную научную биографию (он и сейчас работает в Университете Техаса в Остине) и, фактически, создал одну из центральных для сегодняшнего мира областей науки – химию твердого тела. Авторитетное агентство Clarivate Analytics, которое измеряет значимость научных открытий по вниманию к научным статьям, прочило Гуденафу Нобелевку еще в 2015 году. И вот наконец в возрасте 97 лет он оказался «достаточно хорош» — именно так переводится с английского языка его фамилия, Good-enough.
Результаты премии по химии (как и по физике) объявляются не только по-шведски и по-английски. Председатель комитета повторяет формулировку на немецком, французском и русском языках.
Батарейка не села
Чтобы аккумуляторы стало возможно использовать так, как мы делаем сейчас, необходимо, чтобы они отвечали одновременно нескольким условиям. Они должны запасать много энергии на единицу массы, должны быстро заряжаться и разряжаться и должны выдерживать, без потери характеристик, много циклов зарядки-разрядки. Смартфон был бы невозможен без соблюдения даже одного из этих условий – он не может весить килограмм, мы не можем ждать 24 часа, чтобы батарея зарядилась, и мы не станет его использовать, если батарея через месяц потеряет половину емкости. Необходимо было найти материал, который отвечает всем этим характеристикам. Сегодняшним лауреатам это удалось.
Сначала – еще в 70-е годы – британский американец Стэнли Уиттингем предложил первые прототипы литий-ионных материалов для катода (это «минус») на батарейке. Однако это были материалы чуть другого состава, они обладали меньшей удельной энергией – «запасали» слишком мало электричества – и не привлекли промышленность. В 1980 году Джон Гуденаф опубликовал работу, посвященную созданию материала для того же катода, который и совершил революцию – с формулой LiCoO2. Следующий шаг сделал человек, которого нет в списке нобелиатов – их может быть не больше трех. Марокканский француз Рашид Язами придумал подходящий «плюс» (анод) – им оказался графит. А награжденный Нобелевской премией японец Акира Ёсино собрал все эти достижения в одну систему, и в 1991 году компания Sony начала производство литий-ионных аккумуляторов.
“Это работа, результаты которой ощущаем мы все. Сколько у нормального человека литий-ионных аккумуляторов в виде портативной электроники? Они же в электротранспорте — скутеры, электросамокаты, электромоторы и аккумуляторы на лодках, электроавтобусы”, — говорит заведующий кафедрой электрохимии химического факультета МГУ, член-корреспондент РАН Евгений Антипов, один из ведущих российских экспертов в этой области.
“Джон Гуденаф здесь центральная фигура — это очень многогранный, разносторонний ученый. Он осознал важность междисциплинарных исследований и объединил, привнес подход физики твердого тела в химию и науки о материалах. Он во многом создал научную школу, которая в мире стала очень значимой. Литий-ионные аккумуляторы — не единственное его открытие, он сделал фундаментальные работы в сфере магнитных материалов, сверхпроводимости. Это совершенно гениальный человек, и я счастлив, что он получил Нобелевскую премию”, — рассказал ученый.
Путь в будущее
Литий-ионные аккумуляторы еще не закончили историю своих применений и сейчас становятся даже более актуальны, чем раньше. Дело в том, что возможность хранить энергию критически важна для создания “зеленой энергетики” будущего. Сегодня энергия хранится, по большей части, в ее природных резервуарах – топливе. Именно поэтому машину или любой другой мотор можно заполнить бензином или углем, но нельзя – теплом или электричеством. Оба они теряются при передачи и их нельзя “налить” в канистру. Точнее, было нельзя – литий-ионные аккумуляторы и есть эта канистра. Это значит, что можно использовать больше энергии, которая сразу генерируется в виде электричества – гидроэнергии, ветровой энергии, солнечной энергии.
“Ключевой подход политике по борьбе с изменением климата – построение низкоуглеродной экономики. Здесь три основных пункта – новые источники энергии (солнце, ветер), хранение энергии и разумное потребление энергии”, — отметил Сергей Колесников, специалист по научной политике из Кембриджского университета.
В качестве хранилищ энергии литий-ионные аккумуляторы вторглись в стационарную энергетику из портативной. Если они станут еще больше и лучше (а наука не останавливается, возможно, вместо лития получится использовать более дешевый натрий), то их можно будет использовать для более эффективного потребления, например, энергии ГЭС и АЭС. Они способны генерировать энергию постоянно, а потребление отличается в зависимости от времени года и суток. Возможность запасти избыток энергии – еще одна мечта специалистов по построению безопасного для планеты и нас будущего. А пока совет – не выкидывайте в мусор использованные батарейки, сдавайте их в переработку. Литий нужен планете!