Nobelprijs naar ontwikkelaars lithium-ion-batterij

Geplaatst op 10 oktober 2019 om 08:58 uur
Nobelprijs naar ontwikkelaars lithium-ion-batterij
John Goodenough, Stanley Whittingham en Akira Yoshino hebben de Nobelprijs voor Scheikunde gekregen voor de ontwikkeling van litium-ion-batterijen. Het comité: ‘Lithium-ionbatterijen hebben een revolutie teweeggebracht in ons leven sinds ze voor het eerst op de markt kwamen in 1991. Ze hebben de basis gelegd voor een draadloze samenleving zonder fossiele brandstoffen en zijn van het grootste voordeel voor de mensheid.’

Ter herinnering een korte geschiedenis:


De basis van de lithium-ionbatterij werd gelegd tijdens de oliecrisis in de jaren zeventig. Stanley Whittingham (1941, VK) zocht naar methoden die konden leiden naar energietechnologieën die geen gebruik maken van fossiele brandstof. Hij begon onderzoek te doen naar supergeleiders en ontdekte een extreem energierijk materiaal, waarmee hij een innovatieve kathode in een lithiumbatterij creëerde. Deze bestond uit titaandisulfide, dat op moleculair niveau ruimtes heeft waarin lithium-ionen kunnen worden ingesloten.


De anode van de batterij was gedeeltelijk gemaakt van metallisch lithium, dat een sterke drive heeft om elektronen vrij te maken. Dit resulteerde in een batterij die letterlijk een groot potentieel had, iets meer dan twee volt. Metallisch lithium is echter reactief en de batterij was te explosief om levensvatbaar te zijn.
John Goodenough (1922, DE) voorspelde dat de kathode een nog groter potentieel zou hebben als deze zou worden gemaakt met behulp van een metaaloxide in plaats van een metaalsulfide. Na een systematische zoektocht demonstreerde hij in 1980 dat kobaltoxide met geïntercaleerde lithiumionen maar liefst 4 volt kan produceren. Dit was een belangrijke doorbraak en zou leiden tot veel krachtigere batterijen.


Met de kathode van Goodenough als basis, creëerde Akira Yoshino (1948, JP) in 1985de eerste commercieel levensvatbare lithium-ionbatterij. In plaats van reactief lithium gebruikte hij petroleumcokes in de anode, een koolstofmateriaal dat, net als het kobaltoxide van de kathode, lithiumionen kan intercaleren.


Het resultaat was een lichtgewicht, slijtvaste batterij die honderden keren kon worden opgeladen voordat de prestaties achteruit gingen. Het voordeel van lithium-ionbatterijen is dat ze niet zijn gebaseerd op chemische reacties die de elektroden afbreken, maar op lithiumionen die heen en weer stromen tussen de anode en de kathode.

 
© Engineersonline.nl