Der Nobelpreis für Chemie 2019 würdigt die Entwicklung der Lithium-Ionen-Batterie. Die drei Preisträger heißen John Goodenough (USA), Stanley Whittingham (GB) und Akira Yoshino (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. Die drei Forscher haben zudem die Entwicklung von Elektroautos mit großer Reichweite und die Speicherung von Energie aus erneuerbaren Quellen wie Solar- und Windenergie ermöglicht.
Ein leichter, wiederaufladbarer und leistungsstarker Lithiumakku werde heute in allen Bereichen von Mobiltelefonen über Laptops bis hin zu Elektrofahrzeugen eingesetzt. Er könne auch erhebliche Mengen an Energie aus Sonnen- und Windkraft speichern, was eine fossile, brennstofffreie Gesellschaft ermöglicht, teil die Nobelpreisjury mit.
Die Entwicklung der Lithiumbatterie
Dabei wurde der Grundstein für Lithium-Ionen-Batterien bereits während der Ölkrise in den 1970er Jahren gelegt. Stanley Whittingham entwicklete Methoden für brennstofffreie Energietechnologien. Er begann mit der Erforschung von Supraleitern und entdeckte ein extrem energiereiches Material, aus dem er eine innovative Kathode in einer Lithium-Batterie herstellte.
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, mit etwas mehr als zwei Volt Spannung. Metallisches Lithium ist jedoch reaktiv und die Batterie war zu explosiv, um brauchbar zu sein. John Goodenough, der übrigens 1922 in Jena geboren wurde, prognostizierte bereits, 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 Durchbruch für noch leistungsfähigere Batterien.
Grundstein für eine Gesellschaft ohne fossile Brennstoffe
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 Lithiumakkus 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-Batterien haben unser Leben revolutioniert, seit sie 1991 auf den Markt kamen“, urteilt die Nobelpreisjury. „Sie haben damit den Grundstein für eine drahtlose, fossilbrennstofffreie Gesellschaft gelegt.“ (nhp)
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