كسب الطريق إلى عالم قابل لإعادة الشحن اليوم ثلاثة علماء على جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2019.
عرض أليساندرو فولتا أول بطارية كهربائية في عام 1800. ومنذ ذلك الحين ، يعمل العلماء على بناء بطاريات أفضل. تم تكريم الفائزين اليوم لريادتهم لبطارية ليثيوم أيون. خفيفة الوزن وقابلة لإعادة الشحن ، يمكن العثور على هذه البطاريات في كل شيء من الأجهزة الإلكترونية المحمولة إلى السيارات والدراجات الكهربائية. كما أنها توفر طريقة لتخزين الطاقة من مصادر الطاقة المتجددة (مثل ضوء الشمس والرياح).
الشرح:جائزة نوبل
الفائزون هم جون بي جودناف من جامعة تكساس في أوستن. يبلغ من العمر 97 عامًا ، وهو أكبر شخص يحصل على جائزة نوبل على الإطلاق. الفائزون الآخرون هم إم. ستانلي ويتنغهام وأكيرا يوشينو. يعمل ويتينغهام في جامعة بينغهامتون في نيويورك. يعمل يوشيرو في اليابان في شركة أساهي كاسي في طوكيو وجامعة ميجو في ناغويا.
سيحصل الثلاثة على ميدالية ويقسمون معًا جائزة 9 ملايين كرونة سويدية (حوالي 900 ألف دولار).
يعمل الكيميائي أولوف رامستروم في جامعة ماساتشوستس لويل. كما أنه عضو في لجنة نوبل للكيمياء لعام 2019. وتحدث خلال إعلان هذا الصباح عن الجائزة من قبل الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم في ستوكهولم ، السويد. قال:"كان لهذه البطارية تأثير كبير على مجتمعنا". "من الواضح أن اكتشافات الفائزين الثلاثة لدينا جعلت هذا ممكنًا".
الطريق إلى بطارية أفضل
تخزن البطاريات الطاقة الكهربائية على أنها طاقة كيميائية. كل ثلاثة أجزاء رئيسية. تبدأ هذه بقطبين:القطب الموجب (AN-oad) ، أو القطب السالب ، والقطب السالب (KATH-oad) ، أو القطب الموجب. الفصل بين الاثنين هو المنحل بالكهرباء. تساعد هذه المادة الكيميائية الأيونات المشحونة كهربائيًا في التحرك داخل البطارية.
الشرح:كيف تختلف البطاريات والمكثفات
التفاعلات الكيميائية في الأنود تحرر الإلكترونات. ثم يسافرون على طول دائرة إلى القطب السالب. هذا يشكل تيار.
في سبعينيات القرن الماضي ، بدأ ويتنجهام في تجربة الليثيوم من أجل القطب الموجب الخاص به. لم يكن يزن كثيرًا وأطلق بسهولة الإلكترونات وأيونات الليثيوم. لصنع بطارية قابلة لإعادة الشحن ، اختار ثاني كبريتيد التيتانيوم للكاثود. يتكون هذا الكاثود من العديد من الطبقات ، ويخزن أيونات الليثيوم المنبعثة من الأنود. أثناء العمل مع شركة الطاقة Exxon ، استخدم Whittingham هذا التصميم لأول بطارية ليثيوم. يمكن أن تزود 2 فولت.
سعى Goodenough لتحسين تصميم Whittingham خلال العقد القادم. سوف يصنع كاثوده من أكسيد الكوبالت. يمكن أن تحطيم المزيد من الأيونات داخل طبقاتها. ضاعف ابتكار Goodenough الجهد الكهربائي إلى 4 فولت. (هذا يتعلق بما يلزم لتشغيل هاتف ذكي حديث.)
في عام 1985 ، اكتشف يوشينو إنشاء أنود من أحد المنتجات الثانوية لإنتاج النفط. عُرف باسم كوك البترول ، وكان ذو طبقات رفيعة. وعلى الرغم من أنه ليس مصنوعًا من الليثيوم ، إلا أنه يمكنه تخزين أيونات الليثيوم عند الشحن. قام يوشينو بإقرانها مع كاثود Goodenough. وكانت النتيجة بطارية 4 فولت قابلة لإعادة الشحن أكثر أمانًا ومتانة. تم استخدام هذا التصميم لأول بطاريات ليثيوم أيون لتصل إلى أرفف المتاجر. كان ذلك في عام 1991.
قدمت هذه الأجهزة المبكرة حوالي ضعف الطاقة التي توفرها البطاريات التالية الأفضل. علاوة على ذلك ، لم تكن بطاريات لمرة واحدة. يمكن سحبها ثم إعادة شحنها مئات المرات قبل أن يتأثر أداؤها.
تقدير العلماء وعملهم
تقول كيلسي هاتزيل إن إعلان جائزة نوبل "مثير حقًا لمجتمع البطاريات". تعمل في جامعة فاندربيلت في ناشفيل ، تين. "إن عمل ستان وأكيرا وجون مهم جدًا ... لا يمكنك تخيل قضاء حياتك اليومية دون استخدام نصف دزينة من الأجهزة المختلفة التي تستخدم بطاريات أيونات الليثيوم."
في مؤتمر صحفي ، قال Goodenough "أنا سعيد للغاية لأن عملي ساعد في قدرة الناس على التواصل." عندما سئل عما إذا كان يتوقع الفوز ، أجاب Goodenough:"لم أتوقع أي شيء!" قال إنه سيتبرع بنصيبه من المكاسب "لجامعتي لدعم الأشخاص الذين يعملون هناك".
ربما لم يكن Goodenough يتوقع الفوز ، لكن البعض الآخر اعتبره منذ فترة طويلة جائزة. تقول أماندا موريس:"لقد جعله الأشخاص في مجال الكيمياء الكهربية ... رقم واحد على قوائم [تنبؤات نوبل] لسنوات وسنوات وسنوات وسنوات". هي كيميائية في Virginia Tech في بلاكسبرج.
ويضيف يانغ شاو هورن:"إن جون عالم رائع ، ولديه حدس لا يُصدق ، وشخص رائع". هي كيميائية ومهندسة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في كامبريدج. وتشير إلى أن Goodenough "ألهمت أجيالًا من العلماء والمهندسين بموقفه الإيجابي وصدقه وفضوله اللامحدود."
تعمل بطاريات الليثيوم أيون الآن بشكل أفضل بكثير من تلك الموجودة في عام 1991. على مدار العقدين الماضيين أو أكثر ، عمل الباحثون بجد. وقد أتت ثمارها. يقول شاو هورن إن الطاقة المتاحة من هذه البطاريات "تضاعفت - بل تضاعفت ثلاث مرات ، في بعض الحالات ، وتحسنت دورة الحياة بشكل كبير". اليوم ، يمكنك إعادة شحن هذه البطاريات آلاف المرات. كما أنها أصبحت أكثر أمانًا وأقل تكلفة.
بوني شاربنتير هي رئيسة الجمعية الكيميائية الأمريكية. "هذه هي السنة الدولية للجدول الدوري للعناصر ،" تلاحظ. "لذلك من الممتع الحصول على جائزة نوبل التي تحدد عنصرًا بالفعل."
