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Mittwoch, den 09. Oktober 2019 um 15:27 Uhr

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

Der Nobelpreis für Chemie 2019 geht an die Chemiker John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham und Akira Yoshino. für die Entwicklung der Lithium-Ionen Batterien.

Die Forscher arbeiteten zwischen den 1970er- und 1980er-Jahren unabhängig voneinander im interdisziplinären Bereich zwischen Chemie und Physik an der Lithium-Ionen-Technologie für Batterien. Die Forschungsergebnisse waren grundlegend für die Entwicklung der Lithium-Ionen-Batterie, ohne die heutzutage ein mobiles Leben nicht möglich wäre.

Lithium-Ionen-Batterien werden weltweit verwendet, um die tragbare Elektronik mit Strom zu versorgen, 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 Windkraft ermöglicht.

Stanley Whittingham erarbeitete in den 70er Jahren die Grundlagen für leistungsfähige und leichte Akkus, die heute in vielen elektronischen Geräten wie Smartphones oder Laptops verbaut werden. Der Grundstein wurde während der Ölkrise in den 1970er Jahren gelegt. Stanley Whittingham arbeitete an der Entwicklung von Methoden, die zu Technologien führen könnten, die keine fossilen Brennstoffe enthalten. Er begann Supraleiter zu erforschen und entdeckte ein extrem energiereiches Material, aus dem er eine innovative Kathode in einer Lithiumbatterie herstellte. Dies wurde aus Titandisulfid hergestellt, das auf molekularer Ebene Leerstellen aufweist, in denen Lithiumionen eingelagert werden können.

Die Anode der Batterie bestand zum Teil aus metallischem Lithium, das stark zur Abgabe von Elektronen neigt. Dies führte zu einer Batterie, die buchstäblich ein großes Potenzial hatte, etwas mehr als zwei Volt. Metallisches Lithium ist jedoch reaktiv und die Batterie war zu explosiv, um lebensfähig zu sein.

John Goodenough sagte voraus, dass die Kathode ein noch größeres Potenzial hätte, wenn sie unter Verwendung eines Metalloxids anstelle eines Metallsulfids hergestellt würde. Nach systematischer Forschung konnte er 1980 nachweisen, dass Kobaltoxid mit eingelagerten Lithiumionen bis zu vier Volt erzeugen kann. Dies war ein wichtiger Durchbruch und führte zu viel leistungsstärkeren Batterien. Er entwickelte den leichten Akku, der Hunderte Male wieder aufgeladen werden kann.

Auf der Grundlage von Goodenoughs Kathode schuf Akira Yoshino 1985 die erste kommerziell erhältliche Lithiumionenbatterie. Anstatt reaktives Lithium in der Anode zu verwenden, verwendete er ein Kohlenstoffmaterial, das wie das Kobaltoxid der Kathode Lithiumionen einlagern kann .

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

Lithium-Ionen-Batterien haben unser Leben revolutioniert, seit sie 1991 auf den Markt kamen. Sie haben den Grundstein für eine drahtlos kommunizierende Gesellschaft gelegt, die weniger fossile Brennstoffe benötigt und sind von größtem Nutzen für die Menschheit.

Olof Ramström, Mitglied des Nobelpreis-Komitees, erklärt: "Wir haben mit der Lithium-Ionen-Batterie einen Zugang zu Energie, wohin wir auch gehen". Doch vorher habe das chemische Element Lithium erst einmal gezähmt werden müssen, weil es hochgradig reaktiv sei. "Es ist eine Superkraft in einer kleinen Batterie, die eine dramatische Wirkung auf unsere Gesellschaft hatte."


Den ganzen Artikel finden Sie unter:

https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2019/press-release/

Quelle: nobelprize.org (10/2019)

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