Energie & Utilities

Chemie-Nobelpreis für Entwicklung der Lithium-Batterie

10.10.2019 Der Nobelpreis für Chemie 2019 geht zu gleichen Teilen an John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham und Akira Yoshino „für die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien“, die seit ihrer Einführung die Welt revolutioniert haben.

John Goodenough fand heraus, dass Cobaltoxid das Potenzial der Lithium-Batterie verdoppelte. (Bild: Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences)

John Goodenough fand heraus, dass Cobaltoxid das Potenzial der Lithium-Batterie verdoppelte. (Bild: Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences)

Lithium-Ionen-Batterien sind die Voraussetzung für die mobile Elektronik unserer Zeit. Sie liefern den Strom für Smartphones, Laptops, Elektroautos und vieles mehr. Geringes Gewicht, hohe Energiedichte und und häufiges Wiederaufladen sind die entscheidenden Größen dieser Batterien als Energieträger. Zusammen mit Strom aus regenerativen Quellen sind sie außerdem ein wichtiger Beitrag zu nachhaltiger Energieversorgung. Der Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien liegt darin, dass sie nicht auf chemischen Reaktionen beruhen, die die Elektroden im Laufe der Zeit abbauen, sondern auf dem strom von Lithium-Ionen zwischen Anode und Kathode. Angesichts dieser globalen Bedeutung zeichnet die Schwedische Akademie der Wissenschaften mit John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham und Akira Yoshino drei wichtige Entwickler dieser Technologie aus.

Erste Ansätze von Ölkonzernen

Die ersten Ansätze verfolgte Whittingham während der Ölkrise zu Anfang der 70er Jahre. Spannenderweise waren es ausgerechnet Ölfirmen, die damals in die Entwicklung neuer Technologien investierten, auch Whittinghams damaliger Arbeitgeber Exxon. Whittingham entwickelte auf der Suche nach Energieträgern ohne fossile Brennstoffe ein Kathodenmaterial auf der Basis von Titan-Disulfid, das Lithium-Ionen einlagern kann. Die damit mögliche Batterie verfügte über ein Potenzial von etwa 2 Volt. Da allerdings die Anode seiner Batterie zum Teil aus metallischem Lithium bestand, war das System zu explosionsgefährdet, um sich durchsetzen zu können.

Ein noch höheres Potenzial war mit einer Verbesserung durch Goodenough möglich. Er sagte voraus, dass eine Batterie mit einem Metalloxid anstelle des Sulfids noch leistungsfähiger sein müsste. Nach systematischer Suche nach dem geeigneten Material gelang es ihm schließlich 1980, mit Cobaltoxid das Potential einer solchen Batterie auf 4 Volt anzuheben.

Seit Markteinführung „äußerster Nutzen für die Menschheit“

Auf der Basis dieser Forschungsergebnisse entwickelte schließlich Yoshino die erste kommerzielle Lithium-Ionen-Batterie. Er verwendete Petrolkoks als anstelle des reaktionsfreudigen Lithiums  als Anodenmaterial. Dieses kohlenstoffbasierte Material kann, ähnlich wie das Cobaltoxid der Kathode, Lithiumionen einlagern. Mit dieser Kombination erzeugte Yoshine leichte und trotzdem stabile Batterien, die sich ohne Leistungsabfall viele Male wieder aufladen ließen. Auf den Markt gelangten diese Batterien erstmals im Jahr 1991.

Wie die Schwedische Akademie der Wissenschaften betont, haben Lithium-Ionen-Batterien seit ihrer Markteinführung unser Leben revolutioniert: „Sie haben die Grundlage für eine drahtlose und Fossilenergie-freie Gesellschaft gelegt, und sind von äußerstem Nutzen für die Menschheit“.

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