Перейти к основному контенту
Мнение ,  
0 
Александра Борисова

Батарея Нобеля: как Джон Гуденаф создал новые отрасли в химии и экономике

Работы старейшего нобелевского лауреата в будущем помогут человечеству уйти от углеродной энергетики. Скорее всего, благодаря им вы читаете и этот текст

От Нобелевских премий ждут совершенства — награждаемые открытия должны быть фундаментальными, понятными обычным людям, а еще достаточно прикладными, чтоб изменить мир. Такую планку удается взять не всегда. Например, последних лауреатов по физике Дидье Кело и Мишеля Майора, впервые в истории пронаблюдавших планету вне Солнечной системы у подобной Солнцу звезды, тут же обвинили в том, что они не физики, а технари — просто разработали метод, с помощью которого смогли увидеть предсказанное другими.

Но при награждении физика Джона Гуденафа, отца химии твердого тела и индустрии литий-ионных аккумуляторов, все эти условия соблюсти удалось.

«Премия этого года посвящена перезаряжаемому миру», — сказал генеральный секретарь Королевской шведской академии наук Горан Хансон перед оглашением фамилий лауреатов, и всем, кто следит за нобелевскими предсказаниями, уже была ясна фамилия главного лауреата.

Гуденаф — самый титулованный из трех лауреатов, в Англии даже есть премия его имени. Американец, родившийся в 1922 году, Гуденаф получил степень бакалавра по математике в Йеле, затем отслужил в армии во Вторую мировую войну. Кандидатскую диссертацию он защитил в Чикаго как физик, затем работал в MIT. Первую профессорскую позицию занял в Оксфорде, где стал заведующим лабораторией неорганической химии. Там он и сделал работу, принесшую ему Нобелевскую премию: в 1980 году предложил использовать кобальтат лития как материал для катода в батарейках. С 1986 года и по сей день он работает в Университете Техаса в Остине в школе инженерии — его группа продолжает разработку новых материалов для батареек и ведет массу других работ. Математик и физик по образованию, он принес в химию и науки о материалах физические подходы и доказательную базу, ему также принадлежит формулировка фундаментальных законов в сфере магнитных материалов. Теперь, в 97 лет (став старейшим из когда-либо награжденных лауреатов), он наконец оказался достаточно хорош (Good-enough) для Нобелевской премии.

Аккумуляторная революция

У обычного человека сегодня в сумке могут быть сразу несколько литий-ионных аккумуляторов — в смартфоне, планшете, ноутбуке. Литий-ионные аккумуляторы в транспорте — скутеры, электросамокаты, электромоторы и аккумуляторы на лодках, электробусы и электромобили.

Чтобы все это стало возможным, нужно было разработать аккумуляторы, обладающие сразу несколькими характеристиками — высокой энергоэффективностью, способностью работать при высоких скоростях заряда-разряда, возможностью многократно заряжаться и разряжаться. «Три исследователя — Гуденаф, Уиттингем и Ёсино сыграли решающую роль в появлении этой индустрии», — говорит член-корреспондент РАН, заведующий кафедрой электрохимии химического факультета МГУ Евгений Антипов.

Программа развития РБК Pro Освойте 52 навыка за год
Программа развития — удобный инструмент непрерывного обучения новым навыкам для успешной карьеры

Лауреаты работали совершенно автономно. Стэнли Уиттингем — британский американец — по образованию химик, еще в 1970-е он предложил идею слоистых электродов, которые могут «впитывать», а потом отдавать атомы и молекулы (в химии это называется «интеркаляция»). Однако предложенные им электроды не обеспечивали достаточной емкости и не подошли для промышленности. Нужный катод смог сделать Джон Гуденаф, а Акира Ёсино в Японии собрал полную систему, добавив к литий-кобальтовому катоду графитовый анод. В 1987 году был получен патент, а в 1991 году Sony первой начала выпуск батареек. Ожидается, что рынок литий-ионных батарей вырастет до $100 млрд к 2025 году (с $30 млрд в 2017 году), из которых около половины пойдет на аккумуляторы для электромобилей.

Экология против экологии

Литий, на котором основана эта индустрия, не всегда добывается так мирно, как хотелось бы. В основном он содержится в солончаках или соленых озерах. «Нужно организовать большие бассейны, пригнать технику, то есть экосистему нарушить», — говорит эколог из Красноярского научного центра СО РАН Егор Задереев. Например, в Аргентине и Боливии идут настоящие столкновения между экоактивистами и добывающими компаниями. Дело в том, что там живет вид фламинго, встречающийся только в этой области. И там же находят строматолиты — редкие биокостные отложения, оставшиеся от древнейших форм жизни на Земле. Интересы индустрии столкнулись с планами создания национального парка.

А вот в другом крупном центре добычи лития — Китае с подобными проблемами не сталкиваются. Добыча там идет в соляной пустыне, где нет ценных природных объектов, да и голос экологов в стране не так слышен. В итоге можно полностью адаптировать ландшафт под нужды производства.

Но со всеми своими издержками литиевая экономика сегодня стала неотъемлемой частью повестки устойчивого развития, которое связывают с построением низкоуглеродной экономики. Для решения этой задачи нужно двигаться в трех главных направлениях: расширение использования новых источников энергии, таких как Солнце и ветер, решение проблемы долгосрочного хранения энергии и разумное энергопотребление.

Как раз для хранения энергии литий-ионные батареи, чья емкость постоянно растет, особенно важны. «В перспективе, в сочетании с дешевой солнечной энергетикой и светодиодным освещением, они позволят обеспечить стабильный и недорогой доступ к электричеству для сотен миллионов жителей развивающихся стран», — считает исследователь науки и инноваций из Кембриджского университета Сергей Колесников.

Разрушение барьеров

«Джон Гуденаф — один из тех людей, кто много лет назад осознал и показал перспективность междисциплинарных исследований, а сейчас междисциплинарны почти все работы на переднем крае науки», — рассказывает о своем коллеге Евгений Антипов.

Лучшая иллюстрация междисциплинарного лица современной науки — сама Нобелевская премия. Физики и инженеры получают премии по химии, биологическая химия попадает то в физиологию и медицину, то в химию. В физике премии получают работы, значение которых показало их применение в химии и медицине. Наука больше не мыслит категориями школьных предметов, — разрушение этих барьеров стало одним из инструментов прогресса последних десятилетий. Это произошло благодаря таким людям, как Гуденаф.

Об авторе
Александра Борисова Александра Борисова научный журналист, доцент Университета ИТМО
Точка зрения авторов, статьи которых публикуются в разделе «Мнения», может не совпадать с мнением редакции.
Теги
Прямой эфир
Ошибка воспроизведения видео. Пожалуйста, обновите ваш браузер.
Лента новостей
Курс евро на 2 марта
EUR ЦБ: 98,72 (+0,18)
Инвестиции, 01 мар, 17:16
Курс доллара на 2 марта
USD ЦБ: 91,33 (+0,49)
Инвестиции, 01 мар, 17:16
На Украине раскрыли траты на строительство укреплений в Запорожье Политика, 18:01
Феномен зеленого двора: как жизнь в окружении природы влияет на горожан РБК и ПИК, 17:55
В России заблокировали международный словарь жестовых языков Политика, 17:54
В домах в Санкт-Петербурге полностью восстановили отопление после ЧП Общество, 17:47
КХЛ дисквалифицировала Радулова на один матч за удар соперника в голову Спорт, 17:42
Хуситы заявили о продолжении атак на британские суда Политика, 17:22
Какие услуги заказной разработки софта помогут сэкономить 40% издержек РБК и Softline, 17:11
РБК Диалоги с Татьяной Бакальчук и Ольгой Наумовой
Не только женский бизнес: новые идеи, управление, масштабирование
Участвовать
«Амур» забил два гола за 15 секунд и победил «Металлург» в плей-офф КХЛ Спорт, 17:07
Президент Латвии объяснил Илону Маску, зачем нужно НАТО Политика, 17:05
Экс-глава МИД Австрии объяснила нежелание получать российский паспорт Политика, 16:54
Спецназ не смог задержать «пенсионеров» «Фракции Красной армии» в Берлине Политика, 16:51
«Авангард» отыгрался с 0:2 и одержал вторую победу над «Ладой» в плей-офф Спорт, 16:34
На Тайване школьникам предложат отпуска на фоне всплеска суицидов Общество, 16:24
Туктамышева победила Загитову в конкурсе капитанов Кубка «Первого канала» Спорт, 16:18