«نوبل في الكيمياء» لثلاثة علماء طوروا بطاريات «الليثيوم أيون»

الأمين العام للجائزة قال إنها تدور حول «عالم قابل لإعادة الشحن»

وضع العلماء الأساس العلمي لبطاريات «الليثيوم أيون» مع أزمة النفط في سبعينات القرن الماضي، حيث كانوا يبحثون عن تقنيات الطاقة الخالية من الوقود الأحفوري، ودخلت السوق لأول مرة في عام 1991 حتى منحت أخيراً هذه البطاريات العلماء الذين عملوا على تطويرها جائزة نوبل في الكيمياء.
وأعلنت الأمانة العامة للجائزة صباح أمس في العاصمة السويدية استوكهولم، فوز أميركي وبريطاني وياباني بالجائزة، وهم الأميركي جون جودنوغ من جامعة تكساس، والبريطاني ستانلي ويتنغهام من جامعة ولاية نيويورك، وأكيرا يوشينو من شركة أساهي كاسي وجامعة ميغو في اليابان.
وقال جوران هانسون، الأمين العام للأكاديمية الملكية السويدية للعلوم في مؤتمر صحافي، إن الجائزة كانت تدور حول «عالم قابل لإعادة الشحن»، مشيراً إلى أن بطاريات الليثيوم أيون «أحدثت ثورة في حياتنا»، وأن الفائزين «وضعوا الأساس لمجتمع لاسلكي خالٍ من الوقود الأحفوري».
وأوضح هانسون أن هذه البطاريات خفيفة الوزن والقابلة لإعادة الشحن تستخدم في كل شيء بدءا من الهواتف المحمولة وحتى أجهزة الكومبيوتر المحمولة التي نستخدمها للتواصل والعمل والدراسة والاستماع إلى الموسيقى والبحث عن المعرفة، والمركبات الكهربائية، ويمكن أيضا استخدامها لتخزين الطاقة من مصادر متجددة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، مما يجعل وجود مجتمع خالٍ من الوقود الأحفوري ممكنا.
وأفردت لجنة تحكيم الجائزة في بيان لها نشره الموقع الإلكتروني الخاص بها، تاريخ هذه البطاريات، وقالت إن جذورها بدأت مع أزمة النفط في سبعينات القرن الماضي، حيث عمل ستانلي ويتنغهام من جامعة ولاية نيويورك، على تطوير طرق تهدف إلى الوصول إلى تقنيات الطاقة الخالية من الوقود الأحفوري.
وكان ويتنغهام قد بدأ جهده البحثي بالبحث عن الموصلات الفائقة التي يمكن استخدامها في توليد الطاقة، واكتشف مادة غنية بالطاقة، استخدمها لتكون هي «الكاثود» في بطارية الليثيوم.
وتحتوي البطاريات على قطب موجب يسمى «الكاثود» وآخر سالب يسمى «الأنود»، تفصلهما أغشية فصل نصف نفاذة تسمح بمرور البروتونات فقط، وتقوم آلية العمل على حدوث أكسدة عند الأنود باستخدام عامل حافز، فينقسم إلى إلكترون وبروتون، ويسمح غشاء الفصل بعبور البروتون إلى «الكاثود» عبر محلول موصل، بينما ينتقل الإلكترون عبر سلك توصيل إلى الكاثود، ليكوّن ذلك تيارا كهربائيا مستمرا.
وفي البداية صنع ويتنغهام الكاثود من ثاني كبريتيد التيتانيوم، وتم تصنيع الأنود من الليثيوم المعدني، الذي يحتوي على محرك قوي لإطلاق الإلكترونيات، وقد أدى ذلك إلى بطارية ذات إمكانات كبيرة، ولكن كان يعيبها أن الليثيوم المعدني تفاعلي وكانت البطارية شديدة الانفجار بحيث لا تكون قابلة للحياة.
بعد ذلك وجد العالم الثاني الحاصل على الجائزة وهو جون جودنوغ أن الكاثود سيكون له إمكانات أكبر إذا تم تصنيعه باستخدام أكاسيد المعادن بدلا من الكبريتيدات المعدنية مثل «ثاني كبريتيد التيتانيوم»، وبعد عملية بحث منهجية، أثبت في عام 1980 أن أكسيد الكوبالت مع أيونات الليثيوم يمكن أن ينتج ما يصل إلى 4 فولت، وكان هذا إنجازا مهما يؤدي إلى بطاريات أكثر قوة.
وأحدث الشريك الثالث وهو العالم الياباني أكيرا يوشينو التطوير الثالث، حيث استخدم نفس الكاثود الخاص بالعالم جون جودنوغ مع إحداث تغيير في الأنود، فبدلا من استخدام الليثيوم التفاعلي، استخدم كوك البترول، ليبتكر أول بطارية ليثيوم أيون قابلة للتطبيق في عام 1985.
وكانت النتيجة بطارية خفيفة الوزن، شديدة التحمل يمكن شحنها مئات المرات قبل أن يتدهور أداؤها، وميزة هذه البطاريات هي أنها لا تستند إلى تفاعلات كيميائية تكسر الأقطاب الكهربائية، ولكن تستند على أيونات الليثيوم التي تتدفق ذهابا وإيابا بين الأنود والكاثود.
وتقول لجنة التحكيم في ختام بيانها: «لقد أحدثت بطاريات الليثيوم أيون ثورة في حياتنا منذ أن دخلت السوق لأول مرة في عام 1991، لقد وضعت الأساس لمجتمع لاسلكي خالٍ من الوقود الأحفوري، وهي ذات فائدة كبرى للبشرية».