BATERIJE KOJE SU PROMENILE SVET

(Nobel 2019) Ovogodišnja Nobelova nagrada za hemiju dodeljena je istraživačima koji su svet učinili “dopunjivim” otkrićem litijum-jonske baterije koja se troši i dopunjava veliki broj puta. Naime, kako je trećeg dana Nobelove nedelje saopštila Švedska kraljevska akademija nauka, Nobelovu nagradu iz hemije u 2019. dobili su Džon Gudinaf, Stenli Vitingam i Akira Jošino “za razvoj litijum-jonskih baterija”.

Litijum je drevni element, nastao u prvim minutima nakon Velikog praska, ali ga je čovek otkrio tek 1817. godine. Švedski hemičari Johan Arvedson i Jakob Bercelijus izdvojili su ga iz komada minerala koji su pronašli u blizini Stokholma. Zapravo, oni nisu pronašli čist litijum koji je vrlo nestabilan, već u formi soli.

Prema podacima Američke agencije za geološka istraživanja (USGS), najveće zalihe i rezerve ovog metala nalaze se u Argentini, a trenutno najveći proizvođač litijuma je Australija. Posebno je zanimljivo da Srbija ima istu količinu zaliha ovog metala, od 1 milion tona, koliko i Kongo i Ruska federacija i nalazi se na jedanaestom mestu u svetu.

Mada je ime dobio po grčkoj reči litos, kamen, litijum je vrlo lagan element – on čini svega delić mase svakog mobilnog telefona, ali bez njega telefon ne bi mogao da radi.

Naime, litijum je element sa 3 protona u jezgru i 3 elektrona u omotaču, koga elektron iz spoljašnje ljuske vrlo lako napušta. Litijum tada ostaje sa jednim protonom “viška”, pa postaje pozitivno naelektrisan i po ustaljenoj tradiciji, nazivamo ga jon. Ovi joni igraju centralnu ulogu u radu baterije u kojoj tokom punjenja elektroni prelaze s negativne na pozitivnu elektrodu. Kako bi baterija efikasno radila, bilo je važno upotrebiti materijal koji lako otpušta elektrone, a litijum je za to bio najpogodniji.

Danas je gotovo nemoguće sagledati koliko se svet promenio zbog mobilnosti elektronskih uređaja i upotrebe litijum-jonskih ćelija. Lagana, dopunjiva i moćna baterija, kako se navodi u saopštenju iz Stokholma, koristi se za najrazličitije uređaje, od mobilnih telefona do laptopa i električnih vozila.

Uz to, baterija umanjuje potrebu za spaljivanjem fosilnih goriva i štetne emisije CO2 jer je u njoj moguće sačuvati i energiju koju su stvorili solarni paneli ili vetrogeneratori. No, mada su naizgled jednostavne, očigledno efikasne i bezbedne, put do otkrića i primene ovih ćelija nije bio ni brz ni jednostavan – bilo je potrebno da bar tri istraživača načine revolucionarne korake kako bi se za ove baterije pronašla najbolja anoda i katoda.

Sedamdesetih godina 20. veka, brojni istraživači na različitim stranama sveta pokušavali su da naprave dopunjivu bateriju. Prvi prodor napravio je Stenli Vitingam (1941) koji je tih godina radio za naftnu kompaniju Exxon. Istražujući superprovodnike, otkrio je nešto novo i neočekivano – bateriju zasnovanu na litijum metalu i titanijumu, koja je mogla da uskladišti veliku energiju.

Fizičar čvrstog stanja sa Univerziteta u Teksasu, Džon Gudinaf (1922) bavio se raznolikim istraživanjima kad je, tokom naftne krize, sredinom sedamdesetih odlučio da se posveti novim izvorima energije. Analizirajući Vitingamov izum, on je 1979. ustanovio da katoda može imati bitno veći potencijal ako se umesto titanijumovog disulfida koristi kobaltni oksid što je dovelo nastanka naprednije baterije.

Međutim, na drugoj strani, pokazalo se da je metalni litijum koji je Vitingam korisitio za anodu suviše rizičan jer je vrlo reaktivan – u dodiru sa vodom i vlagom stvara litijum hidroksid, a reaguje i sa vazduhom i azotom. Zbog toga su Vitingamove baterije, inače ocenjene kao revolucionarne, bile neefikasne, preskupe i toksične, pa je armija istraživača krenula u potragu za pogodnijom anodom.

I onda je, početkom osamdesetih godina, japanski istraživač iz Nagoje, Akiro Jošina (1948) otišao korak dalje – napravio je prvi prototip sa anodom na bazi ugljeničnih materijala i katodom od kobalt oksida između kojih se kreću litijumovi joni.

Kako se navodi u saopštenju Švedske akademije, kako bi proverio bezbednost, Jošina je koristio uobičajeni test za otkrivanje ekplozivnih naprava: kada je na bateriju sa čistim litijumom bacio veliki komad gvožđa, došlo je do velike eksplozije. Test je zatim ponovio sa novom litijum-jonskom baterijom i – ništa se nije dogodilo. Baterija je konačno mogla da se komercijalizuje. Litijum jonske baterije su se pojavile na tržištu i promenile svet.

M.Đ./S.B.

——

Ilustracija: Depositphoto/PirenX