Батериите што го променија светот

Овогодинешната Нобелова награда за хемија им е доделена на истражувачите кои го направија светот „дополнив“ со откритието на литиум-јонската батерија која се троши и дополнува многупати. Имено, како што соопшти Шведската кралска академија на науките на третиот ден од Нобеловата недела, наградата за хемија во 2019 година ја добија Џон Гудинаф и Акира Јошино „за развој на литиум-јонските батерии“.

Литиумот е древен елемент, создаден во првите минути по Големата експлозија, но човекот го открил дури во 1817 година. Шведските хемичари Јохан Арведсон и Јакоб Берцелиус го издвоиле од парче минерал кој го нашле во близина на Стокхолм. Впрочем, тие не нашле чист литиум кој е мошне нестабилен, туку во форма на сол.

Според податоците на Американската агенција за геолошки истражувања (УСГС), најголемите залихи и резерви од овој метал се наоѓаат во Аргентина, а моментално најголем произведувач на литиум е Австралија. Особено е интересно што Србија има иста количина залихи од овој метал, околу 1 милион тони, колку и Конго и Руската федерација и се наоѓа на единаесеттото место во светот.

Џон Гудинаф

Иако името го добил според грчкиот збор литос, камен, литиумот е мошне лесен елемент - тој е само мало делче од секој мобилен телефон, но без него телефонот не би можел да работи.

Имено, литиумот е елемент со 3 протони во јадрото и 3 електрони во обвивката, кого од надворешната лушпа електронот мошне лесно го напушта. Литиумот тогаш останува со еден протон „вишок“, па останува позитивно наелектризиран и според воспоставената традиција, го нарекуваме јон. Овие јони играат централна улога во работата на батеријата во која за време на полнењето електроните преминуваат од негативната на позитивната електрода. За батеријата ефикасно да работи, било важно да се употреби материјал кој лесно ги ослободува електроните, а литиумот бил најповолен за тоа.

Денес е речиси невозможно да се согледа колку е променет светот заради мобилноста на електронските уреди и употребата на литиум-јонските батерии. Лесната, дополнива и моќна батерија, како што се наведува во соопштението од Стокхолм, се користи за најразлични уреди, од мобилни телефони до лаптопи и електрични возила.

Покрај тоа, батеријата ја намалува потребата за согорување фосилни горива и штетната емисија на јаглерод диоксид зашто во неа е можно да се сочува и енергијата која ја создале соларните панели или ветрогенераторите. Но, иако навидум едноставни, очигледно ефикасни и безбедни, патот до откривањето и примената на овие батерии не бил ни брз ни едноставен - било потребно барем три истражувачи да направат револуционерни чекори за да може да се пронајдат најдобрите аноди и катоди за овие батерии.

Во седумдесеттите години од 20 век, бројни истражувачи на разни страни од светот се обидувале да направат батерија што може да се дополни. Првиот продор го направил Стенли Витингам (1941) кој тогаш работел за нафтената компанија Ексон. Истражувајќи ги суперпроводниците, открил нешто ново и неочекувано - батерија заснована на литиум метал и титаниум, која можела да складира голема енергија.

Акира Јошино

Физичарот од Универзитетот во Тексас, Џон Гудинаф (1922) се занимавал со разновидни истражувања кога, за време на нафтената криза, кон средината на седумдесеттите одлучил да им се посвети на новите извори на енергија. Анализирајќи го изумот на Витингам, тој во 1979 година утвдрил дека катодата може да има значително поголем потенцијал ако наместо титаниумовиот дисулфид се користи кобалтен оксид што довело до создавање понапредни батерии.

Меѓутоа, од друга страна, се покажало дека металниот литиум кој го користел Витингам како анодата е премногу ризичен зашто е мошне реактивен - во допир со вода и влага создава литиум хидроксид, а реагира со воздух и азот. Затоа батериите на Витингам, инаку оценети како револуционерни, биле неефикасни, прескапи и токсични, па армија истражувачи тргнале во потрага по поповолна анода.

И тогаш, на почетокот на осумдесеттите, јапонскиот истражувач од Нагоја, Акиро Јошина (1948) отишол чекор понатаму - го направил првиот прототип со анода на база на јаглеродни материјали и катода од кобалт оксид меѓу кои се движат јоните на литиумот.

Како што се наведува во соопштението на Шведската академија, за да ја провери безбедноста, Јошина користел вообичаен тест за откривање експлозивни направи: кога на батерија со чист литиум ќе фрлел некое големо парче железо, доаѓало до голема експлозија. Батеријата најпосле можела да се комерцијализира. Литиум јонските батерии за појавија на пазарот и го променија светот.

Извор: http://naukakrozprice.rs