Шведийн хаантны Шинжлэх ухааны академийн Нобелийн хороо энэ жилийн химийн салбарын Нобелийн шагналтнуудыг нэрлэв. Энэ жилийн химийн  салбарын Америкийн физикч Жон Гуденаф, Британийн химич Стэнли Уиттингем, Японы химич Акира Ешино нар хүртлээ. Тэд литий-ионын зайг хөгжүүлэхэд оруулсан хувь нэмрийнхээ төлөө тус шагналыг авав.

Нобелийн шагнал ба 900 мянга гаруй долларыг Жон Гуденаф, Стэнли Уиттинхем, Акира Ёшино нар хуваан авцгаана. Тэд литий-ионы зайг бүтээсэн юм.

Яагаад энэ технологи хязгаартаа тулав? Үүнд Нобелийн хороооны төлөөлөгч тайлбараа өгөв.

"Эдгээр хөнгөн, дахин дахин цэнэглэгддэг, хүчтэй зайнууд одоо гар утаснаас эхлээд нөүтбук болон бусад цахим төхөөрөмжүүд хүртэл маш өргөнөөр ашиглагдаж байна. Мөн түүнчлэн тэд хангалттай хэмжээний цахилгааныг нар, салхины эрчим хүчнээс аван хадгалж чадаж байгаа нь нийгмийг ашигт малтмалын түлшнээс чөлөөтэй болгох боломжийг өгч байгаа юм” хэмээн Нобелийн хорооны албан ёсны хэвлэлийн мэдээнд өгүүлжээ.

Шагналтнуудын гавьяа зүтгэл

Литий-ионын аккумлятор нь цахилгаан аккумляторын  төрөл бөгөөд орчин үеийн ахуйн цахим  техникт  өргөн тархсан бас өөрийн хэрэглээг цахилгаан автомашинууд эрчим хүчний систем дэх  цахилгаан хуримтлуулагч зэрэгт олсон байгаа.

Гар утас, нөүтбук, дижитал фото аппаратууд, видео камер, цахилгаан машин зэрэгт хамгийн өргөн хэрэглэгддэг аккумляторын төрөл юм. Литий-ионын (Li-ion) зайтай болох  санаа аль эрт 1970-аад онуудын нефтийн хямралын үеэр  гарч ирсэн байв. Эдгээр эрчим хүч хуримтлуулагчдын ажиллагааны үндэс нь эерэг цэнэгийн анадын бүтэлдэхүүний литийн металлын  исэлдэлтийн цахилгаан химийн үйлдэл болдог. Цэнэглэлт сулрах үеэр литий нь исэлдэн катион хэлбэрээр (эерэг цэнэглэгдсэн ион) сөрөг электрод катод руу хөдлөнө. Цахилгааны гүйдэл дор цэнэглэгдэх үеэр  эсрэгээр, литийн катион нь катодоос гаран сэргээлт явагдаж байгаа анод руу хөдөлнө. Литий-ионы аккумуляторын зайг бүтээхэд  гол зорилт нь катодын материал олох явдал болдог.

Тэр үед Уиттинхем,  малтмал түлшний ашиглалтад хэрэглэгдэхгүй технологит хүргэх арга  хайн  ажиллаж байв. Тэр хэт дамжуулагчийг судалж ихээхэн эрчим хүч шингээн хуримтлуулдаг материал титаны дисульфидыг олж илрүүлжээ. Түүний бүтцэд литийн ионыг олж болох байв. Уиттинхем тэр материалыг литийн  зайн доторхи инновацийн катод  бүтээхэд ашигласан байв. Тэр 1876 онд анхны тийм аккумулятор  бүтээжээ.

Хэрэв металлын сульфитийн оронд хөлдөөсөн хүчил төрөгч (90%) азот (10%) хоёрын хольцийн окситийг ашиглавал катодын  боломж улам нэмэгдэнэ гэдгийг Гуденаф урьдчилан хэлсэн юи.  Тэрбээр 1980 онд кобальтын окситыг катодын материал болон ашиглаад дөрөв хүртэлх вольтын цахилгаан гаргаж чадахыг танилцуулсан  нь илүү их хүчин чадалтай  зайнууд гарч ирэх замыг нээжээ.

Гуденафын катодын үндсэн дээр Ёшино 1985 онд аж үйлдвэрийн дамжлагаар үйлдвэрлэж болох анхны литий-ионын зайг бүтээжээ. Түүний удирдсан баг анодыг бүтээхдээ  нүүрс устөрөгчийн задралын үеэр гарч ирэх хөөг ашиглав. Тийм материал нь литий ихтэй учраас  эрчим хүчний өндөр хуримтлалыг зайнд өгөв. Мөн Ёшиногийн хүчин чармайлтаар аккумляторууд аюул багатай болсон юм. Шатах, дэлбэрэх нь алга болжээ гэж болно.  Үүний үр дүнд хэдэн зуун удаа цэнэглэж болох хөнгөн авсаархан зай бүтээгдэв. Литий-ионы зайны давуутай тал нь тэдний ажиллагаа электродуудыг эвдлээд байдаг химийн урвалд тулгуурлагдаагүй харин анад, катод хоёрын хооронд гүйж байдаг литийн ионуудаас бүтдэгт л байгаа ажээ. Литий-ионын аккумляторууд 1991 онд анх зах зээлд гараад бидний амьдралд хувьсгал хийсэн юм. Тэд утсан холбоо, малтмал түлшнээс хамааралгүй чөлөөт нийгэмлэгийн суурийг тавьж хүн төрлөхтөнд хамгийн их ашиг тусыг өгч байна.

Шагналтнуудын тухай хэдэн үгээр

Жон Гуденаф 1922 онд Йена хотноо (тэр үед Веймарын бүгд найрамдах улс) төрөөд АНУ-д Йелийн их сургуулийг дүүргэж, Чикагогийн их сургуульд доктор хамгаалжээ. Одоо Остин дахь Техасын их сургуулийн профессор. Японы физикч  Жоничиро  Канаморийн хамт 1950-иад онуудад материалуудын их спектрын соронзон чанарыг шинээр санаачилсан журамыг боловсруулжээ.Өнөөдөр тэр нь Гуденаф-Канаморийн журам гэдгээр алдартай. Шагнал гардуулах үеэр эрдэмтэн 97 нас хүрсэн байх бөгөөд үүгээр тэр Нобелийн түүхэнд хамгийн өндөр настай шагналтан болж байна. Өнгөрсөн оны шагналтан Артур Эшкин 96 настай байв.

Стэнли Уиттинхем 1941 онд Их Британид төржээ. Тэр 1968 онд Оксфордын их сургуулийг төгсгөжээ. Одоо тэр Нью-Йорк мужийн (АНУ) Бингемтоны их сургуулийн профессор.

Акира Ёшино 1948 онд Сүита (Япон) хотод төрсөн  ба Киотогийн их сургуулийг төгсгөөд бараг бүх насаараа Asahi Kasei компанид ажиллан литий-ионы зайг бүтээж иржээ. Одоо тэр тус компанийн хүндэт Ерөнхийлөгч юм. Ёшино амьдралдаа маш олон  нэр хүндтэй шагнал авч байв. Өнгөрсөн онд тэр Европын “Жилийн шилдэг зохион бүтээгч” болж байлаа.

Өнгөрсөн онд энэ салбарын Нобелийн  шагналыг Фрэнсис Арнольд (АНУ) "ферментын хувьсан хөгжсөн” чиглэлээр,  Жорж Смит (АНУ), Грегори Винтер (Их Британи) "Пептид, эсрэг биет зэргийн уураг дахь уургийг” лабораторийн аргаар судалсны төлөө авцгаасан юм.

Нобелийн химийн шагналыг 1901 оноос хойш 110 удаа олгож 181 хүнд гардуулжээ. Янз бүрийн шалтгаанаар  энэ салбарын эрдэмтдэд 1916, 1917, 1924, 1933, 1940-1942 онд шагналыг нь өгөөгүй юм. Энэ номинацийн шагналтнуудын дундаж нас нь 58 ба 1935 онд шагнагдсан Францын Фредерик Жолио-Кюри (35 нас) хамгийн залуу нь юм. Тэрээр “шинэ цацраг идэвхит элементүүдийн синтезийг хийснийхээ” төлөө эхнэр Ирений  хамт шагнагдсан байлаа.