Нобелевская неделя: доцент Сергей Шавкунов о премии в области химии

В этом году Нобелевская премия по химии присуждена за разработку литий-ионных аккумуляторов. Лауреатами престижной награды стали Джон Гуденаф из университета Техаса в Остине, Стэнли Виттингхэм из Университет Бингемтона (США) и Акира Ёсино, сотрудник корпорации Asahi Kasei и Университета Мейдзё.

Кандидат химических наук, доцент кафедры физической химии ПГНИУ Сергей Шавкунов объяснил научное значение работы лауреатов и рассказал об устройстве привычных нам сегодня аккумуляторов:

«Ученые получили премию за открытие, сделанное еще в 1970-е годы. За это время литий-ионные аккумуляторы получили широкое распространение что, собственно, и отметил Нобелевский комитет.

Аккумулятор представляет собой электрохимическую систему, состоящую из катода, анода, мембраны и электролита. Литий – это химически активный щелочной металл, способный легко отдавать электроны в электрохимических процессах с образованием иона лития.

В результате разряда образуются ионы лития, которые проходят через специальную мембрану в электролите и попадают в кристаллическую решетку анода, положительно заряженного электрода, основу которого составляют соли кобальта. При зарядке аккумулятора от источника постоянного тока процесс протекает в обратную сторону. Особенность этого процесса состоит в том, что он слабоуправляем. При определенных условиях может наступить перегрев, из-за этого случаются взрывы, так как литий легко вступает в реакции с другими химическими элементами.

Для стабилизации работы аккумулятора необходимы схемы контроллера заряда и разряда. Без специальных электронных устройств слежения литий-ионные аккумуляторы будет невозможно эксплуатировать».

Разработки лауреатов нобелевской премии позволили сделать устройства безопасными, в частности, Акира Ёсино довёл разработку до промышленного применения, благодаря чему аккумуляторы получили популярность и стали неотъемлемой частью электронных устройств: компьютеров, мопедов, шуруповертов, автомобилей и других различных гаджетов.

Химик ПГНИУ отмечает, что исследование источников тока и разработка новых технологий изготовления аккумуляторов продолжается в направлении поиска электродов с очень развитой поверхностью и новых химически стойких электролитов.

«Площадь углеродных электродов, которые применяются в литий-ионном аккумуляторе, при их небольших размерах, может составлять до 2500 м²/гр. Развитие химических источников тока невозможно без создания электродов с высокоразвитой поверхностью, поэтому сейчас много внимания уделяется разработке таких материалов и электронных систем, а также поиску совершенно новых методик исследования этих систем. Тема актуальна во всём мире, этим занимаются и студенты, аспиранты, сотрудники кафедры физической химии и  кафедры физики твёрдого тела Пермского университета.

Наряду с разработками, связанными с совершенствованием технологии изготовления литий-ионных аккумуляторов, в мире ведётся активная работа по созданию технологий изготовления суперконденсаторов – ионисторов, которые по своим свойствам процесса разряда и заряда превосходят литий-ионные аккумуляторы. Скорее всего, будущее за такими источниками».

Подробнее о работе ученых можно прочитать на сайте премии.

Пресс-служба