Лауреатами Нобелевской премии по химии в 2019 году стали Джон Гуденаф (John Goodenough) из университета Техаса в Остине, Стэнли Виттингхэм (Stanley Whittingham) из Университет Бингемтона (США) и Акира Ёсино (Akira Yoshino) сотрудник корпорации Asahi Kasei и Университета Мейдзё. Премия присуждена им за разработку литий-ионных аккумуляторов.

Прямая трансляция церемонии объявления лауреатов шла на сайте Нобелевского комитета, подробнее о работе ученых можно прочитать на сайте премии.

Литий-ионные аккумуляторы есть практически в каждом современном электронном устройстве, будь то смартфон, ноутбук или электрокар. Это накопители энергии, принцип работы которых основан на электрохимических реакциях окисления металлического лития, который входит в состав анода. При разрядке литий окисляется и в форме катиона движется к катоду, при зарядке происходит обратный процесс: под действием приложенного электрического напряжения катионы лития выходят из катода и перемещаются к аноду, где происходит восстановление.

Разработка литий-ионных аккумуляторов началась в 1970–1980-х годах. Основной задачей был выбор материалов для катода аккумулятора. В 1973 году Стенли Виттингхэм предложил использовать в качестве катодного материала сульфиды титана, способные интеркалировать в себя ионы лития, а уже в 1976 году был создан первый подобный аккумулятор. В 1979–1980 годах Джон Гуденаф предложил заменить сульфид титана и соответствующий интеркалят Li_xTiS₂ на материалы на основе оксида кобальта. Так были созданы литий-ионные аккумуляторы на основе кобальтита лития Li_xCoO₂.

В 1985 году научная группа под руководством Акиры Ёсино сделала следующий прорыв в создании литий-ионных аккумуляторов: аноды на основе сажи, образующейся при разложении углеводородов. Этот материал содержит в себе как аморфную сажу, так и кристаллические графитоподобные фрагменты. Он способен включать в себя большое количество лития, тем самым увеличивая возможную энергоемкость аккумуляторов. Кроме того, Ёсино сделал аккумуляторы безопаснее, уменьшив риск их взрыва или возгорания при повреждении.

Лауреаты Нобелевской премии по химии 2019 года / Nobelprize.org

Как отмечает Нобелевский комитет, литий-ионные аккумуляторы стали важной частью революции мобильных устройств и постепенного развития электротранспорта.

«Многие последствия создания литий-ионных аккумуляторов еще только предстоит увидеть».

В последние десятилетия развитие аккумуляторных технологий идет очень быстро и можно ожидать новых прорывов в этой технологии. Как отмечает Олоф Рамстрём, член Нобелевского комитета, результаты этих прорывов могут привести не только к повышению комфорта нашей жизни, но уменьшат наше неблагоприятное влияние на планету в целом.

В 2018 году лауреатами Нобелевской премии по химии стали Фрэнсис Арнольд (Frances Arnold) за направленную эволюцию ферментов, а также Джорджу Смиту (George Smith) и сэру Грегори Винтеру (Sir Gregory Winter) за фаговый дисплей пептидов и антител. Направленная эволюция ферментов позволяет искать более эффективные, например, работающие с большей скоростью или при повышенных температурах, белки-катализаторы путем внесения случайных мутаций в гены, кодирующие эти белки. Фаговый дисплей — лабораторный метод изучения взаимодействий белков с другими белками, пептидными последовательностями и ДНК, который основан на использовании бактериофагов — вирусов, которые заражают бактерию — для соотнесения белков и генетической информации, кодирующей их.

В 2017 году Нобелевской премии по химии были удостоены Жак Дюбоше (Jacques Dubochet), Иоахим Франк (Joachim Frank) и Ричард Хендерсон (Richard Henderson) с формулировкой «за развитие криоэлектронной микроскопии высокого разрешения для определения структуры биомолекул в растворах». О принципах работы и важности метода можно прочитать в нашем материале «Тени во льду». В 2016 году Нобелевскую премию по химии вручили Жан-Пьеру Соважу (Jean-Pierre Sauvage), сэру Фрейзеру Стоддарту (Sir J. Fraser Stoddart) и Бернарду Феринга (Bernard L. Feringa) «за проектирование и синтез молекулярных машин».

Автор: Владимир Королёв