Chemie-Nobelpreis 2019 für Batterieforscher: „Sie haben eine wiederaufladbare Welt geschaffen“

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von pv magazine International

„Sie haben eine wiederaufladbare Welt geschaffen.“ Mit diesen Worten begründet die Schwedische Königliche Akademie der Wissenschaften die Verleihung des diesjährigen Nobelpreises für Chemie an den in Deutschland geborenen US-Amerikaner John Goodenough, den Briten Stanley Whittingham und den Japaner Akira Yoshino für ihre Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien.

„Lithium-Ionen-Batterien werden weltweit eingesetzt, um die tragbare Elektronikgeräte zu betreiben, mit der wir kommunizieren, arbeiten, studieren, Musik hören und Wissen suchen“, fügte die Akademie hinzu. „Lithium-Ionen-Batterien haben auch die Entwicklung von Elektroautos mit großer Reichweite und die Speicherung von Energie aus erneuerbaren Quellen wie Solar- und Windenergie ermöglicht.“ Der Grundstein für die Lithium-Ionen-Batterie sei während der Ölschocks der 1970er Jahre gelegt worden, als der arabisch-israelische Krieg von 1973 und die islamische Revolution im Iran sechs Jahre später zu einem Preisanstieg bei gleichzeitiger Verknappung des für die westliche Welt so wichtigen fossilen Brennstoffs führte.

Fossil-freie Mission

Whittingham arbeitete an der Entwicklung von Methoden, die zu Energien ohne fossile Brennstoffen führen könnten. Er begann mit der Erforschung von Supraleitern und entdeckte ein Material, aus dem er eine innovative Kathode für Lithium-Speicher herstellte. Sie wurde aus Titandisulfid hergestellt, in das auf molekularer Ebene Lithium-Ionen eingebettet werden können. Die Batterieanode wurde teilweise aus metallischem Lithium hergestellt, das einen starken Impuls zur Freisetzung von Elektronen hat. Die daraus resultierende Batterie hatte buchstäblich ein großes Potenzial – etwas mehr als zwei Volt. Das metallische Lithium war jedoch reaktiv und das Gerät war zu explosiv, um wirtschaftlich für den Massenmarkt zu sein.

Goodenough wiederum sagte voraus, dass die Kathode noch mehr Potenzial hätte, wenn sie mit Metalloxid und nicht mit Metallsulfid hergestellt würde. Nach systematischer Suche zeigte er 1980 Kobaltoxid mit eingelagerten Lithium-Ionen, das bis zu vier Volt erzeugen konnte. Es erwies sich als entscheidender Durchbruch, der zu viel leistungsfähigeren Batterien führte.

Mit der Kathode von Goodenough als Basis schuf Yoshino 1985 die erste kommerziell nutzbare Lithium-Ionen-Batterie. Anstatt reaktives Lithium in der Anode zu verwenden, entschied er sich für Petrolkoks, ein Kohlenstoffmaterial, das – wie die Kobaltoxid-Kathode – Lithium-Ionen aufnehmen kann.

Das Endprodukt

Das Ergebnis war ein leichter, starker Speicher, der hunderte Male aufgeladen werden konnte, bevor die Leistung nachließ. Der Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien bestand darin, dass sie nicht auf chemischen Reaktionen basieren, die die Elektroden zerstören, sondern auf Lithium-Ionen, die von Seite zu Seite zwischen Anode und Kathode fließen. „Lithium-Ionen-Batterien haben unser Leben revolutioniert, seit sie 1991 auf den Markt kamen“, erklärte die Schwedische Königliche Akademie. „Sie haben die Grundlagen für eine Gesellschaft ohne Kabel und fossile Brennstoffe gelegt und sind von großem Nutzen für die Menschheit.“

Das Trio wird den Preis am 10. Dezember erhalten und sich das Preisgeld von 9 Millionen Schwedischen Kronen (824.000 Euro) teilen.

Über die Gewinner des Nobelpreises für Chemie 2019:

John Goodenough, geboren 1922 in Jena, Deutschland. Promotion 1952 an der University of Chicago, USA. Virginia H. Cockrell Professorin für Ingenieurwissenschaften an der University of Texas at Austin, USA.

Stanley Whittingham, geboren 1941 in Großbritannien. Promotion 1968 an der University of Oxford, Großbritannien. Ausgezeichneter Professor an der Binghamton University, State University of New York, USA.

Akira Yoshino, geboren 1948 in Suita, Japan. Promotion 2005 an der Universität Osaka, Japan. Ehrenmitglied der Asahi Kasei Corporation, Tokio, Japan und Professor an der Meijo University, Nagoya, Japan.