Video player inladen...

Nobelprijs voor Scheikunde bekroont lithiumionbatterijen

De Nobelprijs voor Scheikunde gaat dit jaar naar John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham en Akira Yosjino voor hun bijdrage aan de ontwikkeling van lithiumionbatterijen. Deze lichte, herlaadbare en krachtige batterijen hebben ons leven radicaal veranderd en worden nu gebruikt in talloze toestellen van smartphones tot elektrische auto's. Ze kunnen ook grote hoeveelheden energie van wind- en zonne-installaties opslaan en zo een samenleving zonder fossiele brandstoffen mogelijk maken. 

De Amerikaan John B. Goodenough, de Brit M. Stanley Whittingham en de Japanner Akira Yoshino zijn de winnaars van de Nobelprijs voor Scheikunde. De drie laureaten delen gelijk de prijs van 9.000.000 Zweedse kronen, zo'n 830.000 euro.

Ze krijgen de onderscheiding voor hun aandeel in de ontwikkeling van lichte, krachtige, herlaadbare batterijen, de lithiumionbatterijen. 

Volgens de Koninklijke Zweedse Acadamie der Wetenschappen hebben die batterijen onze levens radicaal veranderd. Ze worden gebruikt in talloze toestellen, van smartphones tot elektrische auto's. Door hun werk hebben de laureaten de basis gelegd voor een draadloze maatschappij zonder fossiele brandstoffen.

De batterijen worden gebruikt in toestellen gaande van auto's over boormachines tot gsm's, en ze kunnen gebruikt worden om energie op te slaan uit hernieuwbare bronnen als windmolens en zonnepanelen, of golfslag - en getijdenenergie. © Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

Oliecrisis

De basis voor de lithium-ion batterij werd gelegd tijdens de oliecrisis in de jaren 70. Stanley Wittingham werkte aan het ontwikkelen van procedés  die zouden kunnen leiden tot technologieën die niet afhankelijk zijn van door fossiele brandstoffen geproduceerde energie.

Hij begon supergeleiders -stoffen die zeer goed elektriciteit geleiden - te onderzoeken en ontdekt een extreem energie-rijk materiaal. Dat gebruikte hij om een vernieuwende kathode - een negatieve elektrode - te creëren in een lithiumbatterij. De kathode was gemaakt van titaniumdisulfide, dat op moleculair niveau gaatjes heeft, die lithiumionen - positief geladen atomen -  kunnen 'huisvesten', wat intercalatie genoemd wordt.

De anode - de positieve elektrode - van de batterij was gemaakt uit metalisch lithium, dat een sterke neiging heeft om elektronen vrij te geven. Het resultaat was een batterij met een groot vermogen, net meer dan twee volt. Metalisch lithium is evenwel een zeer reactief materiaal - het reageert onder meer met water - en de batterij was te explosief om praktisch te kunnen gebruiken.   

John Goodenough - overigens de oudste Nobelprijslaureaat ooit, hij werd in 1922 geboren in Jena in Duitsland -  voorspelde dat de kathode zelfs nog een groter vermogen zou kunnen hebben als ze gemaakt zou zijn uit een metaaloxide in plaats van een metaalsulfide. Na een systematische zoektocht toonde hij in 1980 aan dat kobaltoxide met geïntercaleerde lithiumionen tot vier volt kan produceren. Met die belangrijke doorbraak creëerde hij de juiste voorwaarden om tot een veel krachtigere en bruikbare batterij te komen. 

Met de kathode van Goodenough als basis creëerde Akira Yoshino in 1985 ten slotte de eerste commercieel leefbare lithiumionbatterij. In de plaats van het reactieve lithium in de anode gebruikte hij petroleumcoke, een koolstofrijk materiaal dat, net zoals het kobaltoxide van de anode, lithiumionen kan intercaleren.

Het resultaat was een lichte, duurzame batterij die honderden keren kon worden opgeladen voor haar prestaties slechter werden. Het voordeel van litiumionaccu's is dat ze niet gebaseerd zijn op chemische reacties die de elektronen afbreken, maar op litiumionen die over en weer stromen tussen de anode en de kathode. 

Lithiumionbatterijen hebben ons leven radicaal veranderd sinds ze in 1991 voor het eerst op de markt kwamen. Ze hebben de basis gelegd voor een draadloze samenleving zonder fossiele brandstoffen en zijn een zeer grote weldaad voor de mensheid, aldus de Zweedse Academie.

Laureaat Akira Yoshino straalt nadat hij het nieuws over zijn Nobelprijs vernomen had. @NobelPrize

Bekijk hieronder het verslag van "Het Journaal":

Video player inladen...

Bekijk hier de toelichting door Koen Wauters in "Het Journaal":

Video player inladen...