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Mittwoch, 09 Oktober 2019 15:23

Royal Swedish Academy of Sciences: Nobelpreis für Chemie geht an Entwickler der Lithium-Ionen-Batterie

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Die drei Nobelpreis-Träger in Chemie.

Der Nobelpreis für Chemie 2019 würdigt die Entwicklung der Lithium-Ionen-Batterie. Dieser leichte, wiederaufladbare und leistungsstarke Akku wird heute in allen Bereichen von Mobiltelefonen über Laptops bis hin zu Elektrofahrzeugen eingesetzt. Sie kann auch erhebliche Mengen an Energie aus Sonnen- und Windkraft speichern, was eine Gesellschaft frei von fossilen Brennstoffen ermöglicht.

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Die erste kommerziell nutzbare Lithium-Ionen-Batterie von Akira Yoshino.

• John B. Goodenough, geboren 1922 in Jena, Deutschland. Promotion 1952 an der University of Chicago, USA. Virginia. Lehrstuhl für Ingenieurwesen an der University of Texas at Austin, USA.

• M. Stanley Whittingham, geboren 1941 in Großbritannien. Promotion 1968 an der Oxford University, Großbritannien. Ausgezeichneter Professor an der Binghamton University, State University of New York, USA.

• Akira Yoshino, geboren 1948 in Suita, Japan. Promotion 2005 an der Osaka University, Japan. Ehrenmitglied der Asahi Kasei Corporation, Tokio, Japan und Professor an der Meijo University, Nagoya, Japan.

Lithium-Ionen-Batterien werden weltweit eingesetzt, um die tragbare Elektronik zu betreiben, mit der wir kommunizieren, arbeiten, studieren, Musik hören und nach Wissen suchen. Lithium-Ionen-Batterien haben auch die Entwicklung von Elektroautos mit großer Reichweite und die Speicherung von Energie aus erneuerbaren Quellen wie Solar- und Windenergie ermöglicht.

Der Grundstein für die Lithium-Ionen-Batterie wurde während der Ölkrise in den 1970er Jahren gelegt. Stanley Whittingham arbeitete an der Entwicklung von Methoden, die zu fossilen, brennstofffreien Energietechnologien führen könnten. Er begann mit der Erforschung von Supraleitern und entdeckte ein extrem energiereiches Material, aus dem er eine innovative Kathode in einer Lithium-Batterie herstellte. Dieses wurde aus Titandisulfid hergestellt, das auf molekularer Ebene Räume hat, in denen Lithiumionen eingelagert - interkaliert - werden können.

Die Anode der Batterie wurde teilweise aus metallischem Lithium hergestellt, das einen starken Antrieb zur Freisetzung von Elektronen hat. Daraus resultierte eine Batterie mit buchstäblich großem Potenzial, etwas mehr als zwei Volt. Metallisches Lithium ist jedoch reaktiv und die Batterie war zu explosiv, um lebensfähig zu sein.

John Goodenough prognostizierte, dass die Kathode noch mehr Potenzial haben würde, wenn sie mit einem Metalloxid anstelle von Metallsulfid hergestellt würde. Nach einer systematischen Suche zeigte er 1980, dass Kobaltoxid mit interkalierten Lithiumionen bis zu vier Volt erzeugen kann. Dies war ein wichtiger Durchbruch und würde zu viel leistungsfähigeren Batterien führen.

Auf der Grundlage der Kathode von Goodenough entwickelte Akira Yoshino 1985 die erste kommerziell nutzbare Lithium-Ionen-Batterie. Anstatt reaktives Lithium in der Anode zu verwenden, verwendete er Petrolkoks, ein Kohlenstoffmaterial, das, wie das Kobaltoxid der Kathode, Lithiumionen einlagern kann.

Das Ergebnis war ein leichter, strapazierfähiger Akku, der hunderte Male aufgeladen werden konnte, bevor seine Leistung nachließ. Der Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien besteht darin, dass sie nicht auf chemischen Reaktionen basieren, die die Elektroden zerstören, sondern auf Lithium-Ionen, die zwischen Anode und Kathode hin und her fließen.

Lithium-Ionen-Akkus haben unser Leben revolutioniert, seit sie 1991 auf den Markt kamen. Sie haben den Grundstein für eine drahtlose, fossilbrennstofffreie Gesellschaft gelegt und sind für die Menschheit von größtem Nutzen.

Pressemeldung Royal Swedish Academy of Sciences

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Letzte Änderung am Mittwoch, 09 Oktober 2019 15:55