يَحصُد رُوَّاد بطارية أيون الليثيوم جائزة نوبل في الكيمياء لعام 9102

مُنحَت جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2019 لكلٍ من جون ب. غوديناف (John B. Goodenough) من جامعة تكساس في اوستن، وإم. ستانلي ويتينغهام (M. Stanley Whittingham) من جامعة بينغامتون، وأكيرا يوشينو (Akira Yoshino) من شركة أساهي كاساي وجامعة مايجو، لتطويرهم بطاريات أيون الليثيوم. سيتشارك الثلاثة بالتساوي قيمة الجائزة المقدرة بحوالي مليون دولار.

يقول غافين هاربر (Gavin Harper)، باحث بمعهد فاراداي وخبير الطاقة المتجددة في جامعة برمنجهام: «شكلت بطارية أيون الليثيوم، مَسَار العالم الحديث بطرقٍ لم تَكُنْ متوقعة عند اكتشافها لأول مرة» … «إنها تِقْنِيَّة تمكينية؛ مَكَّنَت من وجود أجهزة مشابهة لستار تريك (سلسلة خيال علمي) في متناولنا في العالم الحديث بدءًا من الساعات الذكية الى الهواتف المحمولة».

توفِر بطاريات أيون الليثيوم؛ خفة الوزن ومصدر طاقة قابل لإعادة الشحن للهواتف المحمولة، أجهزة الحاسوب المحمولة، أجهزة الحاسوب وكذلك للمَرْكَبَاتِ الكهربائية. على عكس البطاريات التقليدية، التي تَحصُل على طاقتها من تفاعلات كيميائية تستهلك القطب الكهربائي؛ تولِّد بطاريات أيون الليثيوم الطاقة عن طريق التدفق الانعكاسي لأيونات الليثيوم بين المصعد والمهبط. ولكن لجعل هذه التِقْنِيَّة مُمْكِنة، كانَ لابد للكيميائيين من تَرويض الليثيوم، وهو فلز قلوي عُرْضَة لِلانفجار.

تعود قصة اكتشاف بطاريات أيون الليثيوم الى سبعينيات القرن الماضي (1970s) خلال عقد أزمة النفط. كان ويتينغهام (Whittingham)، الذي كان يعمل في ذلك الوقت، لدي شركة النفط والغاز إكسون (EXXON)، يبحث عن المواد الغنية بالطاقة حينما اكتشف كيفية تَحْضِيرِ مهبط بطارية (cathode) من ثنائي كبريتيد التيتانيوم (TiS2). ثنائي كبريتيد التيتانيوم (TiS2)؛ عبارة عن مادة ذات طبقات، وتنزلق أيونات الليثيوم بين طبقاتها في عملية تعرف باسم الإدخال بين الطبقات (Intercalation). أَقْرَنَ ويتينغهام (Whittingham) ذلك المهبط مع مصعد (anode) مصنوع من فلز الليثيوم وأضاف إلكتروليت عضوي سائل، قادر على التوصيل الكهربي لأيونات الليثيوم بين القطبين. كانت هذه أول بطارية ليثيوم قابلة لإعادة الشحن.

لم تَكُنْ تلك البطارية خالية من العيوب. يُشكِل فلز الليثيوم إبراً رفيعة يمكن أن تؤدي إلى قِصرًا في الدائرة الكهربائية للبطارية، أو ارتفاع في درجة حرارتها، متبوعًا باحتمالية انفجارها. اكتشفَ غودايناف (Goodenough)، الذي كان يعمل بجامعة أكسفورد، ان أيونات الليثيوم يُمكِن ادخالها بين طبقات أكسيد الكوبالت. بَيّنَ يوشينو (Yoshino)، الذي كان يعمل في شركة أساهي كاساي اليابانية، في نفس الوقت تقريبا، أن أيونات الليثيوم يُمكن أيضًا ادخالها في كوك النفط.

من خلال استخدام أكسيد الكوبالت مهبطًا (Cathode) وكوك النفط مصعدًا (anode)، استطاع الباحثون الحصول على بطارية يمكنها العمل عند 4 فولت، وهي نسبة أعلي بكثير من البطارية التي طورها ويتينغهام (Whittingham)، والتي تعمل عند 2.4 فولت. كانت هذه البطارية أكثر أماناً كونها لاتحتوي على فلز الليثيوم. يُمكِن أن يُعَادُ شحن هذه البطارية مئات المرات دون أيَ تدهور في أدائِها وطُرِحت تجارياً في عام 1991.

تَوَقَّعَ الكيميائيون لسنواتٍ عديدةٍ أن يتم تكريم هؤلاء الكيميائيين بجائزة نوبل تقديرًا لهذا العمل. غودايناف (Goodenough) والبالغ من العمر 97 عاما، هو الأكبرٌعُمرًا بين حامليّ جوائز نوبل على الإطلاق. يقول هاربر (Harper): «كان هناك الكثير من العلماء منحازين بشدة لصالح غودايناف (Goodenough) هذا العام».

لم يَسْتَطِعِ أولوف رامستروم (Olof Ramström)، عضو لجنة نوبل للكيمياء، مُقَاوَمَةُ التورية لموضوع البطارية حيث وَصَفَ عمل الثُلاثي خلال مؤتمر صحفي هذا الصباح معبرًا عنه قائلًا: «انه قصة مشحونة للغاية بإمكانياتٍ هائلةٍ».

تقول بوني تشاربينتر(Bonnie Charpentier)، رئيسة الجمعية الكيميائية الأمريكية (ACS): «أن إعلان جائزة نوبل لهذا العام مثيرًا للاهتمام بشكلٍ خاصٍ، لأن كل شخص حول العالم يمكنه إدراك أهمية اختراع بطارية أيون الليثيوم - فهو يُمكّن من النقل، و الاتصالات، ويُمكّن من تخزين وقابلية حمل الطاقة مما يجعل الناس أكثر كفاءًة وأمانًا» ... «من المثير حقاً رؤية شيء يقدر أهمية العمل التعاوني، ويرتكز على عمل واحد تلو الآخر لثلاثة أعضاء قُدامى ذي العضوية طويلة الأمد في الجمعية، من بينهم من لدية أكثر من مئة عام عضوية بالجمعية». مجلة (C&EN) تُنشر من قبل الجمعية الكيميائية الأمريكية (ACS).

يعتقد هاربر (Harper) أن الجائزة جاءت في الوقت المناسب. يقول: «نحن أمام مُفتَرَق الطرق حيث يوجد وعي كبير بالتأثير الذي نُحدِثه في العالم والحاجة الى إزالة الكربون» ... «يبدو أن هذه الجهود قد وَصَلَتْ الى ذُروتها، لذلك أعتقد أنه قد حان الوقت حقًا لهذه التِقْنِيَّة التي تتموضع في صُلْبِ العديد من التقنيات الأخرى وتُمكّن من إزالة الكربون، ان تَظْهَرَ هذا العام».