Während die Nobelpreise manchmal in grundlegende, aber scheinbar seltene Bereiche der Wissenschaften eintauchen können, hat die Bekanntgabe des Chemiepreises am Mittwochmorgen Milliarden von Menschen in die Tasche geschlagen - und Häuser, Büros, Werkstätten, Autos… so ziemlich die gesamte Infrastruktur des modernen Lebens. John B. Goodenough von UT Austin, M. Stanley Wittingham von SUNY Binghamton und Akira Yoshino von der Miejo University werden für die Erfindung des wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Akkus Medaillen und einen Anteil mit nach Hause nehmen von 906.000 $.
Tolle. Überraschend “, sagte Yoshino telefonisch auf der Pressekonferenz und gab den Preis bekannt. Wobei vielleicht ein von der American Chemical Society gesponsertes September-Panel einen Sieg für Goodenough und Lithium-Ionen-Akkus vorhersagte; Er und die Technik sind seit langem ein Favorit. (Die Genom-Editing-Technologie Crispr war ein dunkles Pferd.)
"Ich weiß nicht, ob sie jahrelang auf die Nachricht gewartet hatten, aber sie waren sehr glücklich", sagte Göran Hansson, Arzt und Mitglied des Nobelkomitees von Wittingham und Yoshino. Das Komitee habe Goodenough noch nicht erreicht, sagte Hansson, der mit 97 Jahren der älteste noch lebende Nobelpreisträger wird.
Lithium-Ionen-Batterien sind aus der modernen Elektronik nicht mehr wegzudenken. Aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer hohen Energieeffizienz wurden sie 1991 kommerziell eingeführt und von Elektronikherstellern in Mobiltelefone, tragbare Computer und Kameras gesteckt. Da die Batterien auch zu großen Arrays stapelbar sind und Hunderte von Entladezyklen durchlaufen können, bilden sie auch das Herz von Elektrofahrrädern und -autos wie Priuses und Teslas und sind zu zuverlässigen Bestandteilen von nachhaltiger, grüner Energie geworden. Energiequellen wie Wind oder Sonne emittieren keine planetentötenden Treibhausgase, aber sie sind weniger zuverlässig als Kraftstoffe, die aus Öl gewonnen werden. Lithium-Ionen-Batterien können aufgeladen werden, wenn der Wind Turbinen dreht und die Sonne Photonen auf Fotozellen fallen lässt, und sich dann entladen, wenn dies nicht der Fall ist. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Verteilung im Stromnetz aufrechterhalten. Einer Schätzung zufolge beläuft sich der Weltmarkt auf 36 Milliarden US-Dollar, mit der Möglichkeit, bis 2026 fast 110 Milliarden US-Dollar zu erreichen.
Alle Batterien arbeiten ungefähr gleich. Elektronen fließen von einer negativen Elektrode, die als Anode bezeichnet wird, durch ein Material, häufig eine Flüssigkeit, die als Elektrolyt bezeichnet wird, zu einer positiven Elektrode, der Kathode. Pumpe, die durch einen Kreislauf fließt und ein Gerät mit Strom versorgt. Mitte der 1970er Jahre fand Wittingham, der damals für Exxon arbeitete, heraus, wie das ultraleichte, hochreaktive Metall Lithium in der Anode verwendet werden kann. Das war großartig; Lithium gibt nicht nur leicht Elektronen ab, sondern wenn die neue Batterie aufgeladen wird, werden sie wiederhergestellt. Leider neigte diese Version des Akkus auch dazu, in die Luft zu jagen.
1980 stellten Goodenough und sein Team in Oxford fest, dass eine Kobaltoxidkathode für eine stabilere Batterie sorgen würde. Später in diesem Jahrzehnt lernte Yoshinos Gruppe, kompliziertere Materialien auf Kohlenstoffbasis in Elektroden zu verwenden, die immer noch Lithiumionen in die Batterie einlagern und durch diese fließen ließen. Yoshino entwickelte auch eine Möglichkeit, die Batterien zu testen, um zu zeigen, dass sie im Gegensatz zu früheren Versionen kein Feuer fangen würden - zumindest nicht so leicht wie die früheren Versionen. Sein Hightech-Ansatz: Legen Sie etwas Schweres drauf.
So häufig Li-Ionen-Akkus auch sind, sie haben immer noch ihre Probleme. Sie sind zwar hart im Nehmen, aber Probleme mit der Software, die sie steuert, oder Beschädigungen am Gehäuse können die Entzündung von Lithium verhindern. Die gleiche elektrochemische Tendenz, seine Elektronen abzugeben, führt zu einer hohen Reaktivität gegenüber Sauerstoff, was nur ein Sprichwort für „Verbrennungen, die wirklich gut sind“ist. Deshalb darf man sie nicht mehr im Flugzeuggepäck verstauen.
