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Nobelpreis für Chemie 2019 für die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien

09.10.2019

TheDigitalArtist, pixabay.com, CC0

Die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften hat an John B. Goodenough (The University of Texas at Austin, USA), M. Stanley Whittingham (Binghamton University, State University of New York, USA) und Akira Yoshino (Asahi Kasei Corporation, Tokio, Japan und Meijo University, Nagoya, Japan) den Nobelpreis für Chemie 2019 "für die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien" vergeben.

Sie schufen eine wiederaufladbare Welt

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. Er kann auch erhebliche Mengen an Energie aus Sonnen- und Windkraft speichern, was eine fossilbrennstofffreie Gesellschaft ermöglicht.

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 untergebracht - 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 nutzbar 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.

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