Перезаряжаемый мир
Как были созданы маленькие безопасные батареи
Последние годы Нобелевскую премию неоднократно ругали за награждение работ, оторванных от реальности и не слишком доступных для обывателя: будто бы в погоне за трендами жюри обходит вниманием однозначно прорывные работы, пусть уже и не находящиеся на переднем крае науки. Ни тот, ни другой аргумент никак нельзя применить к Нобелевской премии по химии за 2019 год: литий-ионные аккумуляторы и батареи, технологию производства которых придумали лауреаты Джон Гуденаф, Стэнли Уиттингем и Акира Ёсино, мы все используем буквально каждый день.
Фото: imago images / Xinhua / ТАСС
В официальном пресс-релизе комитета это прокомментировано весьма романтично: мол, ученые создали «перезаряжаемый мир».
Неправильным было бы считать, что до начала 1970-х годов перезаряжаемых батарей не существовало: свинцово-кислотные аккумуляторы используются в автомобилях и сейчас, а придумали их в середине XIX века. Но за разработками Уиттингема (именно он сконструировал первый рабочий прототип литий-ионной батареи для нефтяного гиганта Exxon — увы, оставшийся прототипом) стояла очень понятная идея: что, если перезаряжаемая батарея будет маленькой и более безопасной?
Своим названием литий-ионные батареи обязаны носителям тока внутри материала аккумулятора — собственно, ионам лития. Под действием электричества ионы переносятся от материала катода (чаще всего им служит кобальтат лития, и Гуденаф был одним из пионеров использования именно этого вещества) на материал анода, образуя с тем химические связи и «фиксируя» заряд (сегодня в большинстве таких батарей для анода используется графит, и за это мы должны в первую очередь благодарить Ёсино). При разрядке ионы лития перетекают обратно — и этот цикл можно повторять довольно большое количество раз.
В первые годы существования литий-ионные аккумуляторы чаще горели и взрывались, но с ростом спроса на микроэлектронику технология развивалась все активнее, пока не стала стандартом для всей индустрии: за Sony, начавшей внедрять батареи еще в 1991 году, последовали производители лэптопов, цифровых фотоаппаратов и видеокамер, мобильных телефонов и портативных консолей. Несмотря на то, что развитие здесь несколько застопорилось (хотя разрабатываются, например, твердофазные и водные батареи), перспектив у литий-ионных аккумуляторов по-прежнему много: они удобны для хранения электричества, добываемого при помощи солнечных батарей и ветрогенераторов, а также для использования в электрокарах. Так, технология сорокапятилетней давности еще имеет шанс заметно изменить жизнь человечества во второй половине XXI века.