جائزة نوبل في الكيمياء 2019: بطارية ليثيوم أيون Lithium-ion batteries

قررت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم The Royal Swedish Academy of Sciences منح جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2019  على ابتكار بطارية ليثيوم ايون، لكلٍ من البروفيسور جون ب. جودنوف John B. Goodenough ، من جامعة تكساس The University of Texas في أوستن Austin ، الولايات المتحدة الأمريكية USA  ، و كذلك للبروفيسور م. ستانلي ويتنغهام M. Stanley Whittingham ، من جامعة بينغهامتون Binghamton University ، جامعة ولاية نيويورك State University of New York ، الولايات المتحدة الأمريكية USA ، و البروفيسور أكيرا يوشينو Akira Yoshino من شركة Asahi Kasei ، طوكيو Tokyo ، اليابان Japan ، وجامعة Meijo ، ناغويا Nagoya ، اليابان "لتطوير بطاريات الليثيوم أيون".

لقد ابتكروا عالماً قابلاً لإعادة الشحن 

و تكافئ جائزة نوبل في الكيمياء 2019 تطوير بطارية ليثيوم أيون. و تُستخدم الآن هذه البطارية خفيفة الوزن والقابلة لإعادة الشحن في كل شيء بدءاً من الهواتف المحمولة وحتى أجهزة الكمبيوتر المحمولة والمركبات الكهربائية. كما بإمكانها أيضاً تخزين كميات كبيرة من الطاقة من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ، مما يجعل الحصول على مجتمع خالٍ من الوقود الأحفوري و الحجري ممكناً.

وتُستخدم بطاريات ليثيوم أيون Lithium-ion batteries على مستوى العالم لتشغيل الإلكترونيات المحمولة التي نستخدمها للتواصل والعمل والدراسة والاستماع إلى الموسيقى والبحث عن المعرفة. كما مكنت بطاريات الليثيوم من تطوير سيارات كهربائية طويلة المدى وتخزين الطاقة من مصادر متجددة ، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.

و قد تم وضع أساس بطارية ليثيوم أيون أثناء أزمة النفط oil crisis  في سبعينيات القرن الماضي . حيث عمل ستانلي ويتنجهام Stanley Whittingham على تطوير طرق يمكن أن تؤدي إلى تقنيات طاقة خالية من الوقود الأحفوري أو الحجري . فبدأ في البحث عن الموصلات الفائقة superconductors  واكتشف مادة غنية بالطاقة ، استخدمها في ابتكار كاثود مبتكرة cathode في بطارية الليثيوم lithium . و قد تم تصنيع هذا من ثاني كبريتيد التيتانيوم titanium disulphide الذي يحتوي ، على المستوى الجزيئي ، على مسافات يمكن أن تحتوي على أيونات الليثيوم المقحمة intercalate -- lithium ions .

بطارية ذات إمكانات عالية

تم تصنيع أنود البطارية battery's anode (وهوالقطب الكهربائي الموجب ) جزئياً من الليثيوم المعدني metallic lithium  ، الذي يحتوي على محرك قوي لإطلاق الإلكترونات electrons. وقد أدى ذلك حرفياً إلى بطارية ذات إمكانات كبيرة ، ما يزيد قليلاً عن اثنين فولت volts . ومع ذلك ، فقد كان  الليثيوم المعدني تفاعلي وكانت البطارية شديدة الانفجار إلى الحد الذي لم تكن فيه قابلة للتطبيق.

و قد كان جون جودنوف John Goodenoughقد تنبأ بأن الكاثود سيكون له إمكانات أكبر فيما لو كان قد تم تصنيعه باستخدام أكسيد معدني metal oxide بدلاً من كبريتيد معدني  metal sulphide . لذلك وبعد عملية بحث منهجية ، أثبت في عام 1980 أن أكسيد الكوبالت cobalt oxide مع أيونات الليثيوم المقحمة intercalated lithium ions يمكن أن ينتج ما يصل إلى أربعة فولت. لقد كان هذا إنجازاً مهماً وسيؤدي إلى إنتاج بطاريات أكثر قوة.

و مع وجود كاثود جودنوف Goodenough  كأساس ، ابتكر أكيرا يوشينو Akira Yoshino أول بطارية ليثيوم أيون قابلة للتطبيق من الناحة التجارية في عام 1985. وبدلاً من استخدام الليثيوم التفاعلي reactive lithium  في الأنود ، فقد استخدم فحم الكوك petroleum coke ، وهي مادة كربونية carbon يمكنها ، مثل أكسيد الكوبود في الكاثود cathode's cobalt oxide ، أن تقتحم أيونات الليثيوم و تتداخل معها.

وكانت النتيجة بطارية خفيفة الوزن شديدة التحمل يمكن شحنها مئات المرات قبل أن يتدهور أدائها. وميزة بطاريات الليثيوم أيون هي أنها لا تستند إلى تفاعلات كيميائية تكسر الأقطاب الكهربائية السالبة  electrodes ، ولكن على أيونات الليثيوم التي تتدفق ذهاباً وإياباً بين الأنود anode(قطب كهربائي موجب) والكاثود cathode (قطب كهربائي سالب ).

لقد أحدثت بطاريات الليثيوم أيون ثورة في حياتنا منذ أن دخلت السوق لأول مرة في عام 1991. حيث وضعت الأساس لمجتمع لاسلكي خالٍ من الوقود الأحفوري و الحجري ، وهي ذات فائدة كبرى للبشرية.

جون ب. جودنوف  John B. Goodenough ، ولد عام 1922 في يينا Jena ، ألمانيا Germany. نال شهادة الدكتوراة Ph.D 1952 عام  من جامعة شيكاغو University of Chicago ، الولايات المتحدة الأمريكية USA . كما أنه نال كرسي الأستاذية لفرجينيا كوكريل ه Virginia H. Cockrell في الهندسة في جامعة تكساس he University of Texas في أوستن Austin ، الولايات المتحدة الأمريكية USA .

م. ستانلي ويتنجهام  M. Stanley Whittingham ، ولد عام 1941 في المملكة المتحدة UK . نال شهادة الدكتوراة 1968 من جامعة أكسفورد Oxford University ، المملكة المتحدة UK. و يعد أستاذاً متميزاً في جامعة بينغهامتون Binghamton University ، جامعة ولاية نيويورك State University of New York ، الولايات المتحدة الأمريكية USA.

أكيرا يوشينو Akira Yoshino ، ولد عام  1948 في سويتا Suita ، اليابان Japan. نال شهادة الدكتوراة Ph.D 2005 من جامعة أوساكا  Osaka University ، اليابان Japan. زميل فخري في شركة Asahi Kasei ، طوكيو Tokyo ، اليابان وأستاذ بجامعة Meijo ، ناغويا  Nagoya ، اليابان Japan .

و الجدير بذكره أن قيمة الجائزة تبلغ : تسعة ملايين كرونا سويدية ، يتم تقاسمها بالتساوي بين الفائزين .

المصدر