Перезаряджуваний світ (Нобелівська премія з хімії 2019 року)

9 жовтня Нобелівський комітет при Королівській шведській академії наук оголосив рішення про присудження Нобелівської премії з хімії в 2019 р. трьом розробникам літій-іонних джерел струму: Джону Гуденафу (John Goodenough) і Майклу Стенлі Віттінгему (Michael Stanley Whittingham) зі Сполучених Штат...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2019
Автор:	Кириллов, С.О.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2019
Назва видання:	Вісник НАН України
Теми:	Статті та огляди
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162561
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Перезаряджуваний світ (Нобелівська премія з хімії 2019 року) / С.О. Кириллов // Вісник Національної академії наук України. — 2019. — № 12. — С. 33-42. — Бібліогр.: 43 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-162561
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1625612020-01-12T01:26:33Z Перезаряджуваний світ (Нобелівська премія з хімії 2019 року) Кириллов, С.О. Статті та огляди 9 жовтня Нобелівський комітет при Королівській шведській академії наук оголосив рішення про присудження Нобелівської премії з хімії в 2019 р. трьом розробникам літій-іонних джерел струму: Джону Гуденафу (John Goodenough) і Майклу Стенлі Віттінгему (Michael Stanley Whittingham) зі Сполучених Штатів Америки та Акірі Йошино (Akira Yoshino) з Японії. В офіційному прес-релізі Нобелівського комітету зазначено, що їхні роботи дали людству надзвичайно велику користь, заклавши належні умови для звільнення від дротової передачі енергії та викопного палива. On October 9, the Nobel Committee at the Royal Swedish Academy of Sciences announced the decision to award the 2019 Nobel Prize in Chemistry to the three originators of lithium-ion batteries, John Goodenough and Michael Stanley Whittingham from USA and Akira Yoshino from Japan. As noted in the official press release of the Nobel Committee, their works have created the right conditions for a wireless and fossil fuel-free society and brought the greatest benefit to humankind. 2019 Article Перезаряджуваний світ (Нобелівська премія з хімії 2019 року) / С.О. Кириллов // Вісник Національної академії наук України. — 2019. — № 12. — С. 33-42. — Бібліогр.: 43 назв. — укр. 0372-6436 DOI: doi.org/10.15407/visn2019.12.033 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162561 uk Вісник НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Статті та огляди Статті та огляди
spellingShingle	Статті та огляди Статті та огляди Кириллов, С.О. Перезаряджуваний світ (Нобелівська премія з хімії 2019 року) Вісник НАН України
description	9 жовтня Нобелівський комітет при Королівській шведській академії наук оголосив рішення про присудження Нобелівської премії з хімії в 2019 р. трьом розробникам літій-іонних джерел струму: Джону Гуденафу (John Goodenough) і Майклу Стенлі Віттінгему (Michael Stanley Whittingham) зі Сполучених Штатів Америки та Акірі Йошино (Akira Yoshino) з Японії. В офіційному прес-релізі Нобелівського комітету зазначено, що їхні роботи дали людству надзвичайно велику користь, заклавши належні умови для звільнення від дротової передачі енергії та викопного палива.
format	Article
author	Кириллов, С.О.
author_facet	Кириллов, С.О.
author_sort	Кириллов, С.О.
title	Перезаряджуваний світ (Нобелівська премія з хімії 2019 року)
title_short	Перезаряджуваний світ (Нобелівська премія з хімії 2019 року)
title_full	Перезаряджуваний світ (Нобелівська премія з хімії 2019 року)
title_fullStr	Перезаряджуваний світ (Нобелівська премія з хімії 2019 року)
title_full_unstemmed	Перезаряджуваний світ (Нобелівська премія з хімії 2019 року)
title_sort	перезаряджуваний світ (нобелівська премія з хімії 2019 року)
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2019
topic_facet	Статті та огляди
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162561
citation_txt	Перезаряджуваний світ (Нобелівська премія з хімії 2019 року) / С.О. Кириллов // Вісник Національної академії наук України. — 2019. — № 12. — С. 33-42. — Бібліогр.: 43 назв. — укр.
series	Вісник НАН України
work_keys_str_mv	AT kirillovso perezarâdžuvanijsvítnobelívsʹkapremíâzhímíí2019roku
first_indexed	2025-07-14T15:04:41Z
last_indexed	2025-07-14T15:04:41Z
_version_	1837635187900416000
fulltext	ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2019, № 12 33 ПЕРЕЗАРЯДЖУВАНИЙ СВІТ Нобелівська премія з хімії 2019 року 9 жовтня Нобелівський комітет при Королівській шведській академії наук оголосив рішення про присудження Нобелівської премії з хімії в 2019 р. трьом розробникам літій-іонних джерел струму: Джону Гуденафу (John Goodenough) і Майклу Стенлі Віттінгему (Michael Stanley Whittingham) зі Сполучених Штатів Америки та Акірі Йошино (Akira Yoshino) з Японії. В офіційному прес-релізі Нобелівського комітету зазначено, що їхні робо- ти дали людству надзвичайно велику користь, заклавши належні умови для звільнення від дротової передачі енергії та викопного палива. Вже стало традицією, що компанія Clarivate Analytics щороку публікує списки «володарів умів» — найбільш цитованих уче- них, деякі з яких стають нобелівськими лауреатами. І цьогоріч серед 77 потенційних нобеліатів з хімії правильними виявили- ся передбачення щодо відкривачів та розробників літій-іонних джерел струму — американських професорів Джона Гуденафа та Майкла Стенлі Віттінгема [1]. Саме вони разом з японським хіміком Акірою Йошино, якому належить першість у розроб- ленні та впровадженні у виробництво літій-іонних батарей у 1991 р., порівну розділили між собою Нобелівську премію з хімії 2019 р. В офіційному повідомленні Нобелівського комітету зазначе- но, що премію присуджено «за створення літій-іонних батарей», і наголошено, що роботи Джона Гуденафа (John Goodenough), Майкла Стенлі Віттінгема (Michael Stanley Whittingham) та Акіри Йошино (Akira Yoshino) дали людству надзвичайно ве- лику користь, заклавши належні умови для звільнення від дро- тової передачі енергії та викопного палива [2]. Дійсно, літій-іонні джерела струму (акумулятори) не потре- бують спалювання якоїсь речовини; принцип їх дії ґрунтується на реакціях поглинання та виділення (інтеркалювання та деін- теркалювання) іонів літію матеріалами, що слугують електро- дами джерела струму. Одинична комірка літій-іонного акуму- лятора надзвичайно проста: вона складається з оксидного като- да та графітового анода, в яких відповідні електродні матеріали нанесено на металеві струмопідводи, та із сепаратора, просоче- КИРИЛЛОВ Святослав Олександрович— доктор хімічних наук, директор Міжвідомчого відділення електрохімічної енергетики НАН України doi: https://doi.org/10.15407/visn2019.12.033 34 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2019. (12) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ ного розчином солі літію, що перешкоджає ко- роткому замиканню електродів та забезпечує перенесення іонів літію від катода до анода при зарядженні і навпаки — при розрядженні (див. рис.). Цей зворотно-поступальний рух іонів нагадує рух крісла-гойдалки (rocking chair), тому для літій-іонних джерел струму в англомовній літературі й досі вживаним є тер- мін «rocking-chair battery». Від часу появи пер- ших таких пристроїв сфера їх застосування не лише охопила споживчу електроніку (годин- ники, мобільні телефони, комп’ютери тощо), а й поширилася на електротранспорт (електро- мобілі) та системи накопичення енергії в елек- тричних мережах. Більше того, літій-іонні дже- рела струму набагато легші та безпечніші, ніж традиційні свинцеві, лужні або метал-гідридні акумулятори. Зрозуміло, що винесений у заголовок цієї статті досить емоційний вислів з сайту Нобе- лівського комітету про «перезаряджуваний світ» (They created a rechargeable world [2]) є певним перебільшенням. Розряджене літій- іонне джерело струму потребує зарядження, а цей процес неминуче вимагатиме підключення до електромережі, яка, скоріше за все, живить- ся не від енергії вітру, сонця чи падаючої води, а від традиційного або ядерного палива. Проте факт звільнення споживачів від дротової за- лежності та досягнення їх повної автономності, хоча б на час між зарядженням і розрядженням акумулятора, заперечувати не можна. Саме в цьому, крім багатьох елегантних наукових, ма- теріалознавчих та інженерних знахідок, і по- лягає величезне значення результатів багато- річної праці Джона Гуденафа, Майкла Стенлі Віттінгема та Акіри Йошино. Перший крок у напрямі створення літій-іон- них джерел струму зробив Майкл Стенлі Ві- ттінгем. Він народився у Ноттингемі (Велика Британія) 22 грудня 1941 р. Здобув освіту в Оксфордському університеті, де став бакалав- ром (1964), магістром (1967), а потім — док- тором філософії (1968); його дисертація, ви- конана під керівництвом Пітера Дікенса, була присвячена вивченню ванадієвих бронз за до- помогою мікротермогравіметрії. Після цього він вирушив до США, де чотири роки працю- вав у Стенфордському університеті під керів- ництвом Роберта Хаггінса (Robert А. Huggins). У той час Р. Хаггінс ще не захопився контра- версійною проблемою холодних термоядерних реакцій (чим він відомий зараз), а займався до- слідженнями у галузі традиційних методів пе- ретворення енергії. Можливо, саме вони й під- штовхнули майбутнього нобеліата до вивчен- ня електрохімічних матеріалів. У будь-якому разі кілька спільних високоцитованих статей М.С. Віттінгема і Р. Хаггінса стосуються рух- ливості іонів натрію в β-глиноземі, високотем- пературному твердому електроліті, який і тоді, і зараз визнано чи не найкращою провідною мембраною для високотемпературних палив- них елементів [3]. Нарешті, в 1972 р. Майкл Стенлі Віттінгем переходить до науково-дослідного інституту відомої компанії Exxon (Exxon Research & En- gineering Company) — виробника нафтодобув- ного обладнання і працює там упродовж 16 ро- ків. Згадуючи цей період життя, він зазначає: «Це були чудові дні американської індустрії. Схематичне зобра- ження одиничної комірки літій-іонного джерела струму під час розрядження: 1 — мідний струмопідвод, 2 — анодний матеріал, 3 — сепаратор, просо- чений електролітом, 4 — катодний матеріал, 5 — алюмінієвий стру- мопідвод. Кружечками позначено іони літію, стрілки вказують на- прямок їх руху 1 2 3 4 5 ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2019, № 12 35 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ Радянські супутники створили велику про- блему для США, а тому представники фінан- суючих агентств бігали за нами, вмовляючи написати заявку для отримання грошей» [4]. Саме у цьому науково-дослідному інститу- ті Майкл Стенлі Віттінгем досягає вершини своєї кар’єри. Там активно працювали з інтер- каляційними сполуками шаруватих дисульфі- дів, випробовуючи їх насамперед як напівпро- відники. У найперших роботах на новому місці Майкл Стенлі Віттінгем вивчає інтеркалюван- ня літію в дисульфіди [5, 6]. Проведені тесту- вання отриманих матеріалів як катодів у парі з літієвим анодом дали йому змогу запатентува- ти найбільш перспективний з них — дисульфід титану [7] та заявити про створення першого у світі літієвого джерела струму [8]. Саме в цей період Майкл Стенлі Віттінгем публікує свої роботи [9] (1300 посилань) та [10] (1500 поси- лань), які й зробили його відомим широкому науковому загалу. Починаючи з 1988 р. наукове життя Май- кла Стенлі Віттінгема пов’язане з Держав- ним університетом Нью-Йорка в Бінгемтоні (Binghamton University), де він обіймає посаду професора хімії та матеріалознавства і продо- вжує роботи в галузі джерел струму. Працюю- чи тут, він написав свою найцитованішу статтю [11] (5000 посилань), і саме в цьому універси- теті у відповідь на привітання з нагоди прису- дження йому Нобелівської премії він закликав студентів: «Щоб бути щасливими, робіть те, що вас цікавить, а не те, що приносить гроші. Будьте готові ризикувати і насолоджуйтесь усім, що ви робите» [4]. Другий крок до створення літій-іонних дже- рел струму зробив Джон Гуденаф. Наразі він є найстарішим нобелівським лауреатом за всю історію премії; напевно, саме це привертає пильну увагу преси до його особистості і, від- повідно, дає багато відомостей про вченого. Джон Гуденаф народився 25 липня 1922 р. в Єні (Німеччина) у професорській сім’ї; його батько був істориком релігії і викладав в одно- му з найпрестижніших університетів США — Єльському. Повідомляють, що в дитинстві Джон страждав на дислексію (мовний розлад), і батько, мабуть, не знаючи, що ця хвороба не має стосунку до розумових здібностей дитини (до дислектиків належали Бетховен, Моцарт, Черчілль, а в наші часи — Джон Леннон і Стів Джобс), навіть відмовився платити за навчан- ня сина [12]. Проте Джон Гуденаф у 1943 р. усе ж став бакалавром з математики в Єлі, а після служби в армії під час Другої світової війни повернувся до навчання і здобув ступені магі- стра (1951) та доктора філософії (PhD) (1952) у Чиказькому університеті. Загалом протя- Майкл Стенлі Віттінгем (Michael Stanley Whittingham). Фото: AFP/ Sebastian Gollnow 36 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2019. (12) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ гом усього життя його кар’єра буде пов’язана виключно з науковими центрами найвищого рівня. Ані спеціальність, ані початкові наукові впо- добання Джона Гуденафа жодним чином не були пов’язані з його майбутнім відкриттям. Темою його дисертації була теорія відхилень від щільної упаковки в гексагональних криста- лах, а науковим керівником — відомий фізик- теоретик Кларенс Зенер (Clarence М. Zener), який, між іншим, застеріг армійського ветера- на Джона Гуденафа, що у 23-річному віці він вже застарий для того, щоб досягти успіхів у науці [13]. Після захисту дисертації Джон Гуденаф упродовж 24 років працював у Массачусет- ському технологічному інституті, де зробив значний внесок у створення оперативної па- м’я ті (RAM) для комп’ютерів, відкрив магнітні ефекти, пов’язані з орбітальним упорядкуван- ням в оксидах (правило Гуденафа–Ка на мо рі), і написав свою першу монографію під назвою «Магнетизм та хімічний зв'язок» [14]. У 1976 р. він переїхав до Великої Британії, де очолив ла- бораторію неорганічної хімії в Оксфордському університеті. Відзначаючи його заслуги під час роботи в Оксфорді, Королівське хімічне товариство в 2009 р. заснувало премію імені Д. Гуденафа з хімічного матеріалознавства. З 1986 р. він — професор кафедри інженерії на машинобудівному факультеті Техаського уні- верситету в Остині [15]. Першу роботу, яка стосувалася кобальтиту літію — катодного матеріалу для літій-іонних джерел струму і яка наразі згадується в літера- турі понад 3000 разів, Джон Гуденаф опубліку- вав у 1980 р., коли йому було вже 57 років [16]. Певною мірою ця робота перегукувалася з пра- цями Майкла Стенлі Віттінгема. Цей матеріал, кобальтит літію, Джон Гуденаф запатентував [17], і в подальшому його було комерціалізова- но фірмами Soni (1991 р.), Asahi Kasei і Toshiba (1992 р.) завдяки зусиллям третього нобелів- ського лауреата — Акіри Йошино. В інтерв’ю, опублікованому в 2017 р. [13], задовго до нагородження Нобелівською пре- мією, Джон Гуденаф, наче полемізуючи з тими, хто сумнівався в його перспективах, зазначає, що деяким ученим властива пізня зрілість: «Дехто з нас — черепахи. Ми борсаємося і не розуміємо себе, коли нам 30 років. Проте че- репахи мають продовжувати йти…». І дійсно, найцитованішою публікацією Джона Гудена- фа, яка зібрала понад 8000 посилань, є робота 1997 р. [18] (тоді авторові було 75 років і він вже 10 років як мав би бути на пенсії [19]!). У цій роботі йдеться про ще один катодний ма- теріал, літій-залізо фосфат, комерціалізований Джон Гуденаф (John Goodenough) Photo: AP/ Alastair Grant ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2019, № 12 37 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ американськими й тайванськими фірмами та використовуваний, зокрема, в електромобілях Chevrolet. Нарешті, вирішальний крок до створення літій-іонних джерел струму зробив Акіра Йо- шино. Він народився 30 січня 1948 р. в містеч- ку Суіта поблизу Осаки. У своїх спогадах він зазначає, що одним з найбільших його дитячих вражень, яке вплинуло на вибір подальшого життєвого шляху, було знайомство з книгою Майкла Фарадея «Історія свічки» [20]. (Ціка- во, що це не перше документальне свідчення про такий вплив: скажімо, славетний україн- ський мікробіолог академік М.Ф. Гамалія та- кож згадував, що вибором природничої спеці- альності він завдячує цій самій книзі [21].) Акіра Йошино закінчив Університет Кіото, став там бакалавром (1970) та магістром з ін- женерії (1972), а докторську дисертацію (PhD) захистив у 2005 р. в Університеті Осаки. Починаючи з 1972 р. вся кар’єра Акіри Йо- шино пов’язана з науково-технічними підроз- ділами японської хімічної компанії Asahi Kasei Corporation, де з 1981 р. він займався розро- бленням і впровадженням літій-іонних джерел струму [22]. У статті 2012 р. під назвою «На- родження літій-іонної батареї» він підсумовує свій шлях до відкриття і наголошує, що джере- ла струму, подібні до тих, які розробив Майкл Стенлі Вітінгем, не мали перспектив через використання в них металевого літію як ано- да [23]. Катодний матеріал, кобальтит літію, винайдений Джоном Гуденафом, був кращим за відкритий Віттінгемом дисульфід титану, оскільки давав можливість збільшити питому енергію батареї майже вдвічі. Отже, потрібно було знайти інший, безпечніший матеріал для створення анода. На думку Акіри Йошино, ще одним вирі- шальним кроком до створення сучасних бата- рей стали роботи «невдахи» цих нобелівських перегонів, французько-сингапурського вчено- го марокканського походження Рашида Язамі (Rachid Yazami), про результати яких він упер- ше доповів у 1982 р., а опублікував їх у 1983 р. [24]. Йдеться про інтеркалювання літію у вуг- лецеві матеріали. Тому Акіра Йошино спробу- вав використати їх як аноди і спочатку зосеред- ився на добре відомому йому поліацетилені. Результатом кількарічних експериментів стали патенти 1985 р., в яких було запропоновано літій-іонні джерела струму майже того самого типу, які поширені зараз і містять поліацетилен та інші вуглецеві матеріали [25]. Крім того, Акі- рі Йошино належить ідея застосування в таких пристроях алюмінієвих колекторів струму, ви- користовуваних нині сепараторів, а також засо- бів, що запобігають перезарядженню. Акіра Йошино (Akira Yoshino) Фото: Reuters/Issei Kato 38 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2019. (12) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ Нагадаємо побіжно, що заслуги Джона Гуде- нафа, Рашида Язамі та Акіри Йошино як твор- ців літій-іонних батарей було відзначено ще в 2014 р. престижною премією Дрейпера На- ціональної інженерної академії США (Draper Prize by The National Academy of Engineering), яку в пресі іноді називають «Нобелівською премією в галузі машинобудування», причому сума грошової винагороди Дрейперівської пре- мії лише вдвічі менша за Нобелівську [26]. Піс- ля оголошення імен цьогорічних нобелівських лауреатів з хімії Рашид Язамі одразу привітав своїх колег, що, безумовно, робить йому честь, хоча й зауважив, що розуміє, на який складний вибір між ним і Майклом Стенлі Віттінгемом був приречений Нобелівський комітет, адже кількість лауреатів не може перевищувати трьох [27]. Джон Гуденаф і продовжувач його справи Акіра Йошино й досі підтримують теплі, друж- ні стосунки. Практично щороку Акіра Йошино приїздить до Техасу, в одному з інтерв’ю він на- віть зауважив: «Джон ставиться до мене як до сина і дуже піклується про мене» [19]. Не так багато не лише нобелівських лауреа- тів, а й загалом вчених та винахідників можуть похвалитися тим, що їхні роботи вже за їх жит- тя привели до виникнення нової галузі вироб- ництва. Цьогорічним нобеліатам пощастило. Поява літій-іонних джерел струму революці- онізувала і різко мініатюризувала побутову електроніку. Так, стаціонарні телефони відхо- дять у минуле, практично кожен з нас користу- ється тепер мобільним телефоном, а отже, має стосунок до літій-іонних батарей. Починаючи з 1991 р. ринок літій-іонних дже- рел струму стрімко зростає: у 2015–2016 рр. він сягнув 20 млрд доларів США, що в десятки разів більше, ніж у можливих «конкурентів» — суперконденсаторів (485 млн доларів США) та паливних елементів (477 млн доларів США). Кількість вироблюваних літій-іонних батарей уже вимірюється мільярдами. У 2016 р. у сві- ті було продано 2 млрд мобільних телефонів і 350 млн портативних комп’ютерів [28]. Легкі та зручні в користуванні літій-іонні батареї на- дали нового імпульсу автомобільній індустрії. Кількість легкових авто з гібридним (бензи- новим та електричним) двигуном, проданих у 2016 р., становила 2 млн, а з суто електрич- ним двигуном — 0,5 млн одиниць [28]. А ще є електричні побутові прилади (електробритви, дрилі, косарки тощо), інші, крім автомобілів, електричні транспортні засоби (велосипеди, скутери, автобуси, локомотиви), системи на- копичення енергії, які використовують у ві- трових і сонячних електростанціях, а також в електричних мережах, і кількість встановле- них у них літій-іонних батарей дуже велика. Індустрія літій-іонних батарей змусила хі- мічну промисловість переорієнтуватися на створення нових матеріалів і покликала до життя цілу низку компаній — постачальників електродних матеріалів, електролітів, сепа- раторів, корпусних деталей тощо. У 2015 р. у світі було спожито близько 150 тис. т катод- них матеріалів, 90 тис. т анодних матеріалів (переважно графіту), 90 тис. т електролітів, 1,3 млрд м3 матеріалів для сепараторів. За- пропонований Джоном Гуденафом кобальтит літію зараз використовують переважно в бата- реях для побутової електроніки, у 2015 р. його збут сягав 40 тис. т. Поліпшений матеріал, у якому токсичний кобальт частково заміщено на нікель, манган і алюміній, переважно йде на виробництво батарей для електромобілів (~55 тис. т). Винайденого Джоном Гуденафом літій-залізо-фосфату виробляють близько 45 тис. т. Споживання ще одного катодного матеріалу, літій-манганової шпінелі, досягло майже 15 тис. т [28]. Кількість робіт з літій-іонних джерел струму з кожним роком збільшується. На святкуванні 25-річчя з дня появи першої комерційної літі- євої батареї зазначалося, що для задоволення постійно зростаючих потреб промисловості широким фронтом ведуться роботи зі створен- ня нових, ще більш ефективних, дешевих і еко- логічно безпечних електродних матеріалів [29]. Серед них слід відзначити анодні матеріали на основі силіцію, а також збагачені на літій і ман- ган катодні матеріали надвисокої ємності, до відкриття яких причетний багаторічний одно- думець і колега Джона Гуденафа Майкл Теке- ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2019, № 12 39 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ рей (Michael M. Thackeray) [30]. Ці матеріали, на думку експертів, можуть зробити справжню революцію у виробництві літій-іонних бата- рей. У прогнозі Міжнародного союзу з фунда- ментальної та прикладної хімії (IUPAC) серед десяти першорядних завдань для технологій найближчого майбутнього названо створення повністю твердотільних літій-іонних батарей — пристроїв, у яких замість сепаратора, просоче- ного електролітом, має бути використано твер- доелектролітну провідну мембрану [31]. Які ж позиції посідає Україна на мапі світу в напрямі літій-іонних джерел струму? В радян- ські часи в Академії наук УРСР було створе- но потужну школу електрохіміків, очолювану академіком Юрієм Костянтиновичем Делі- марським. Його учень і послідовник, дирек- тор Інституту загальної та неорганічної хімії АН УРСР академік Олександр Володимиро- вич Городиський, 90-річчя з дня народження якого ми відзначатимемо наступного року, дав поштовх започаткуванню робіт з батарей- ної тематики, залучивши до неї майбутнього члена-кореспондента НАН України Віталія Дем’я но вича Присяжного. Зусиллями остан- нього, а також Д.А. Ткаленка, Б.М. Вороніна, Ю.В. Михайлика, С.І. Чернухіна та ін., у жор- сткій конкуренції з російськими інженерами і вченими було розроблено і впроваджено уні- кальні літієві джерела струму для спускного апарата космічної станції «Венера», наукового обладнання бурильної голівки Кольської над- глибокої свердловини, а також для військово- промислового комплексу СРСР. У Києві був створено перший і єдиний в СРСР завод «Генератор» ВО «Октава», який повністю задовольняв потреби у літієвих джерелах струму для споживчої електроніки. Технологічний супровід виробництва і виго- товлення катодних матеріалів та електролі- тів було забезпечено В.Д. Присяжним і його співробітниками. Зрештою, створене і очолене В.Д. Присяжним Міжвідомче відділення елек- трохімічної енергетики НАН України було і залишається досі єдиним спеціалізованим науковим закладом подібного профілю серед усіх пострадянських держав [32]. У той самий період академік Віталій Дми- трович Походенко і майбутній академік НАН України В’ячеслав Григорович Кошечко в Ін- ституті фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського АН УРСР відкрили явище виникнення елек- трорушійної сили в ланцюгах, що містять віль- ні радикали [33], створили на його основі нові, нетривіальні джерела струму [34] і розробили добавки до електролітів, що дали змогу ре- кордно подовжити час життя літієвих елемен- тів, які виготовлялися на заводі «Генератор». На жаль, так сталося, що за роки незалежнос- ті Україна поступово втрачає чільне місце в га- лузі літій-іонних джерел струму серед постра- дянських країн. Якщо за аналізом, проведеним для керівного складу УРСР у 1964–1965 рр., республіка була цілком самодостатньою і по- требувала єдиної позиції імпорту — фосфатних добрив, то на сьогодні навіть у галузі джерел струму (крім свинцевих акумуляторів) краї- на повністю залежить від зовнішніх поставок. Згадуваний вище завод «Генератор» знищено, Луганський завод лужних акумуляторів втра- чено, Запорізький алюмінієвий комбінат, здат- ний виробляти літій з вітчизняної сировини, зруйновано, Заваллівське родовище графіту продано іноземцям. За відсутності попиту на науково-технічні розробки з боку промисло- вості фахівцям галузі доводиться значною мі- рою працювати на перспективу і розраховува- ти на зацікавлених закордонних споживачів. Так, науковці Міжвідомчого відділення електрохімічної енергетики НАН України зо- середилися переважно на створенні матеріалів і електролітів для літій-іонних джерел струму високої та надвисокої потужності [35]. Вчені Інституту фізичної хімії ім. Л.В. Писаржев- ського НАН України плідно працюють у галу- зі нанокомпозитних електродних матеріалів, що включають електропровідні спряжені по- лімери та функціональні похідні графіту, зо- крема графени [36–38]. Значний внесок у до- слідження вуглецевих і кремнієвих анодних матеріалів, джерел струму з електролітами на основі іонних рідин та метал-повітряних ба- тарей зробили науковці кафедри електрохі- мічної енергетики Київського національного 40 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2019. (12) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ університету технологій та дизайну (професор В.З. Барсуков, В.Г. Хоменко) [39–41]. Ціка- ві роботи зі створення нових електролітів на основі іонних рідин ведуться в Інституті хімії високомолекулярних сполук НАН України (член-кореспондент НАН України В.В. Шев- ченко) [42]. Великі перспективи для створення повністю твердотільних літій-іонних батарей мають твердоелектролітні провідні мембрани, розроблені в Інституті загальної та неорга- нічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН Украї- ни під керівництвом академіка НАН України А.Г. Білоуса [43]. Перелік потенційних нобеліатів постійно оновлюється. Іноді трапляється, що навіть ро- боти, які спочатку були визнані проривом сві- тового рівня, згодом не витримують перевірки часом або науковці втрачають інтерес до цієї тематики. Так, у згаданому списку Clarivate Analytics [1] серед найцитованіших авторів- хіміків поряд з Джоном Гуденафом і Майклом Стенлі Віттінгемом є лише лауреати 2001, 2005, 2008, 2011, 2013 і 2016 років. При цьому пара- доксально, але факт: за винятком лауреатів 2008 р., з часом відсіялися всі автори-біохіміки і залишилися лише ті, чиї праці присвячено суто хімічним проблемам. Отже, належність до класичної хімії та чітке технологічне спря- мування дають надію, що роботам лауреатів Нобелівської премії з хімії 2019 р. судилося до- вге життя, що опосередковано підтверджуєть- ся влучним висловом Акіри Йошино: «Літій- іонні системи ще сповнені незвіданого». Автор висловлює щиру подяку директору Ін- ституту фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевсько- го НАН України, віце-президенту НАН України академіку НАН України В.Г. Кошечку за пропо- зицію написати цю статтю, дружнє обгово- рення рукопису та численні поради. REFERENCES [СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ] 1. Researchers of Nobel class: Citation Laureates 2019. World-changing research should be seen, shared and celebrated. https://clarivate.com/webofsciencegroup/solutions/citation-laureates/ 2. Press release: The Nobel Prize in Chemistry 2019. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2019/press-re- lease/ 3. Whittingham M.S., Huggins R.A. Measurement of sodium ion transport in beta alumina using reversible solid elec- trodes. J. Chem. Phys. 1971. 54: 414. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1674623 4. Campus and Community Fete Nobel Laureate. https://www.binghamton.edu/news/story/2098/campus-and-com- munity-fete-nobel-laureate/?ref=homepage 5. Whittingham M.S. The hydrated intercalation complexes of the layered disulfides. Mater. Res. Bull. 1974. 9: 1681. DOI: https://doi.org/10.1016/0025-5408(74)90162-7 6. Whittingham M.S., Gamble Jr. F.R. The lithium intercalates of the transition metal dichalcogenides. Mater. Res. Bull. 1975. 10: 363. DOI: https://doi.org/10.1016/0025-5408(75)90006-9 7. Whittingham M.S. Preparation of stoichiometric titanium disulfide. 1977. US Patent 4007055. 8. Whittingham M.S. Chalcogenide battery. 1977. US Patent 4009052. 9. Whittingham M.S. Electrical energy storage and intercalation chemistry. Science. 1976. 192: 1126. DOI: https://doi. org/10.1126/science.192.4244.1126 10. Whittingham M.S. Chemistry of intercalation compounds: Metal guests in chalcogenide hosts. Progr. Solid State Chem. 1978. 12: 41. DOI: https://doi.org/10.1016/0079-6786(78)90003-1 11. Whittingham M.S. Lithium batteries and cathode materials. Chem. Rev. 2004. 104: 4271. DOI: https://doi. org/10.1021/cr020731c 12. Nobel laureate who struggled with dyslexia. https://www.tellerreport.com/news/2019-10-09---nobel-laureate-who- struggled-with-dyslexia-.Bkb2IHPo_H.html 13. To Be a Genius, Think Like a 94-Year-Old. https://www.nytimes.com/2017/04/07/opinion/sunday/to-be-a-genius- think-like-a-94-year-old.html 14. Goodenough J.B. Magnetism and the chemical bond. N.Y.: Interscience-Wiley, 1963. [Гуденаф Д.Б. Магнетизм и химическая связь. М.: Металлургия, 1966.] ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2019, № 12 41 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ 15. John Goodenough. https://www.me.utexas.edu/faculty/faculty-directory/goodenough 16. Mizushima K., Jones P.C., Wiseman P.J., Goodenough J.B. LixCoO2 (0<x<-1): A new cathode material for batteries of high energy density. Mater. Res. Bull. 1980. 15: 783. DOI: https://doi.org/10.1016/0025-5408(80)90012-4 17. Goodenough J.B., Mizushima K., Wiseman P.J. Electrochemical cell and method of making ion conductors for said cell. 1980. Eur. Patent 0017400B1. 18. Padhi A.K., Nanjundaswamy K.S., Goodenough J.B. Phospho-olivines as positive-electrode materials for recharge- able lithium batteries. J. Electrochem. Soc. 1997. 144: 1188. DOI: https://doi.org/10.1149/1.1837571 19. UT Professor Who Pioneered Lithium-Ion Batteries Becomes Oldest Nobel Laureate. https://www.nbcdfw.com/ news/tech/UT-Professor-Who-Pioneered-Lithium-Ion-Batteries-Becomes-Oldest-Nobel-Laureate-562668231. html 20. Book on candles that inspired Nobel chemist Yoshino sells out. http://www.asahi.com/ajw/articles/AJ201910110041. html 21. Николай Федорович Гамалея. http://www.gamaleya.ru/content/lib/achievement_history/gamaleya_bio/biogra- phy1.htm 22. Profile of Akira Yoshino, Dr.Eng., and Overview of His Invention of the Lithium-ion Battery. https://www.asahi- kasei.co.jp/asahi/en/r_and_d/interview/yoshino/pdf/lithium-ion_battery.pdf 23. Yoshino A. The birth of the lithium-ion battery. Angew. Chem. Int. Ed. 2012. 51: 2. DOI: https://doi.org/10.1002/ anie.201105006 24. Yazami R., Touzain Ph. A reversible graphite-lithium negative electrode for electrochemical generators. J. Power Sources. 1983. 9: 365. DOI: https://doi.org/10.1016/0378-7753(83)87040-2 25. Yoshino A., Sanechika K., Nakajima T. Secondary Battery. 1985. Japanese Patent 1989293; US Patent 4668595. 26. Charles Stark Draper Prize. https://en.wikipedia.org/wiki/Charles_Stark_Draper_Prize 27. Chemistry Nobel Goes to Lithium Battery Scientists, Omits Rachid Yazami. https://www.moroccoworldnews. com/2019/10/284390/chemistry-nobel-lithium-battery-scientists-rachid-yazami/ 28. Pillot C. The rechargeable battery market and main trends 2016–2025. 32nd Int. battery seminar and exhibition. March 20, 2017. http://cii-resource.com/cet/FBC-TUT8/Presentations/Pillot_Christophe.pdf 29. Blomgren G.E. The development and future of lithium ion batteries. J. Electrochem. Soc. 2017. 164: A5019. DOI: https://doi.org/10.1149/2.0251701jes 30. Thackeray M.M., Johnson C.S., Amine K., Kim J. Lithium metal oxide electrodes for lithium cells and batteries. 2004. US patents 6677082 B2, 6680143 B2. 31. Gomollón-Bel F. Ten chemical innovations that will change our world: IUPAC identifies emerging technologies in chemistry with potential to make our planet more sustainable. Chemistry Internat. 2019. 41: 12. DOI: https://doi. org/10.1515/ci-2019-0203 32. Kirillov S.A. Our Demyanitch (to the 80th anniversary of Corresponding Member of NAS of Ukraine V.D. Prysyazh- niy). Visn. Nac. Acad. Nauk. Ukr. 2015. (3): 98. [Кириллов С.А. Наш Демьяныч (к 80-летию со дня рождения члена-корреспондента НАН Украины В.Д. При- сяж ного). Вісн. НАН України. 2015. № 3. С. 98–104.] 33. Pokhodenko V.D., Koshechko V.G., Barchuk V.I. The emergence of EMF in single-electron redox reactions of stable radicals. Theor. Exp. Chem. 1976. 12: 276. [Походенко В.Д., Кошечко В.Г., Барчук В.И. Возникновение ЭДС в одноэлектронных окислительно-вос ста но- ви тельных реакциях стабильных радикалов. Теор. эксп. химия. 1976. Т. 12. С. 276–278.] 34. Pokhodenko V.D., Koshechko V.G., Barchuk V.I., Isagulov K.S. Chemical power supply. 1983. US Patent 4397922. [Походенко В.Д., Кошечко В.Г., Барчук В.И., Исагулов К.С. Химический источник тока. 1982. А.с. СССР 969131.] 35. Kirillov S.A. Electrode materials and electrolytes for high-rate electrochemical energy systems: A review. Theor. Exp. Chem. 2019. 55: 73. DOI: https://doi.org/10.1007/s11237-019-09598-2 [Кириллов С.А. Электродные материалы и электролиты для высокомощных устройств электрохимической энергетики (обзор). Теор. эксп. химия. 2019. Т. 55. С. 69–87.] 36. Posudievsky O.Yu., Biskulova S.A., Pokhodenko V.D. New polyaniline–MoO3 nanocomposite as a result of direct polymer intercalation. J. Mater. Chem. 2002. 12: 1446. DOI: https://doi.org/10.1039/B107909C 37. Posudievsky O.Yu., Kozarenko O.A., Dyadyun V.S., Jorgensen S.W., Koshechko V.G., Pokhodenko V.D. Hybrid two- and three-component host-guest nanocomposites and method for manufacturing the same. 2009. US Patent 8148455. 42 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2019. (12) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ 38. Posudievsky O.Yu., Khazieieva O.A., Koshechko V.G., Pokhodenko V.D. Preparation of graphene oxide by sol- vent-free mechanochemical oxidation of graphite. J. Mater. Chem. 2012. 22: 12465. DOI: https://doi.org/10.1039/ C2JM16073K 39. Khomenko V.G., Barsukov V.Z., Doninger J.E., Barsukov I.V. Lithium-ion batteries based on carbon–silicon–graph- ite composite anodes. J. Power Sources. 2007. 165: 598. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2006.10.059 40. Balducci A., Jeong S.S., Kim G.T., Passerini S., Winter M., Schmuck M., Appetecchi G.B., Marcill R., Mecerreyes D., Barsukov V., Khomenko V., Cantero I., De Meatza I., Holzapfel M., Tran N. Development of safe, green and high performance ionic liquids-based batteries (ILLIBATT project). J. Power Sources. 2011. 196: 9719. DOI: https://doi. org/10.1016/j.jpowsour.2011.07.058 41. Khomenko V.G., Barsukov V.Z., Katashinskii A.S. The catalytic activity of conducting polymers toward oxygen re- duction. Electrochim. Acta. 2005. 50: 1675. DOI: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2004.10.024 42. Xu W., Ledin P.A., Shevchenko V.V., Tsukruk V.V. Architecture, assembly, and emerging applications of branched functional polyelectrolytes and poly(ionic liquid)s. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2015. 7: 12570. DOI: https://doi. org/10.1021/acsami.5b01833 43. Belous A.G., Kobilyanskaya S.D. Oxide lithium conducting solid electrolytes. Kyiv: Naukova Dumka, 2018. [Белоус А.Г., Кобилянская С.Д. Оксидные литийпроводящие твердые электролиты. К.: Наук. думка, 2018.] S.A. Kirillov Joint Department оf Electrochemical Energy Systems of the National Academy of Sciences of Ukraine (Kyiv) RECHARGEABLE WORLD Nobel Prize in Chemistry 2019 On October 9, the Nobel Committee at the Royal Swedish Academy of Sciences announced the decision to award the 2019 Nobel Prize in Chemistry to the three originators of lithium-ion batteries, John Goodenough and Michael Stanley Whittingham from USA and Akira Yoshino from Japan. As noted in the official press release of the Nobel Committee, their works have created the right conditions for a wireless and fossil fuel-free society and brought the greatest benefit to humankind.

Перезаряджуваний світ (Нобелівська премія з хімії 2019 року)

Репозитарії

Схожі ресурси