De Nobelprijs voor Scheikunde van 2019 is toegekend aan John Goodenough, Stanley Whittingham en Akira Yoshino voor de ontwikkeling van litium-ion-batterijen.

Lithium-ion-batterijen zitten in van alles en nog wat, van mobiele telefoons tot laptops en elektrische voertuigen. Ze hebben ons leven veranderd en de basis gelegd voor een draadloze maatschappij die niet meer afhankelijk is van fossiele brandstoffen, stelt de Koninklijke Zweedse Academie der Wetenschappen. ‘Deze batterij heeft een enorm, dramatisch effect op de maatschappij’, zei Olof Ramström, een van de leden van het Nobelcomité.

Snippers lithium

Gedurende de oliecrisis in de jaren zeventig ontwikkelde scheikundige Stanley Whittingham, nu verbonden aan de Amerikaanse Binghamton-universiteit, de eerste lithiumbatterij. De positieve elektrode, of kathode, bestond uit titaniumdisulfide met lithiumionen. Lithium is het lichtste metaal in het periodiek systeem der elementen, dus het gebruik van lithiumionen maakt batterijen lichter.

‘Fossiele samenwerking is nodig voor een snelle energietransitie’
LEES OOK

‘Fossiele samenwerking is nodig voor een snelle energietransitie’

Universiteiten moeten hun samenwerking met de fossiele industrie niet stopzetten, vindt scheikundige Marc Koper. Dat vertraagt de energietransitie.

De negatieve elektrode of anode bestond echter deels uit metallisch lithium, een materiaal dat makkelijk reageert. Toen de batterij opnieuw werd opgeladen, groeiden er snippers lithium uit de anode. Toen die de kathode raakten, trad er kortsluiting op, wat kon resulteren in een ontploffing.

Honderden keren op te laden

Vastestoffysicus John Goodenough, nu verbonden aan de Universiteit van Texas te Austin, voorspelde dat de batterij krachtiger zou worden als je het titaniumdisulfide verving door een metaaloxide. In 1980 bouwde hij een batterij waarbij de lithiumionen waren opgenomen in een kathode van kobaltoxide. Dit verdubbelde het voltage van de batterij, maar loste het veiligheidsprobleem niet op.

Scheikundige Akira Yoshino van de Asahi Kasei Corporation in Tokio slaagde erin de anode te laten werken zonder metallisch lithium. Hij ontwikkelde een anode van petroleumcoke die lithiumionen bevatte. In 1985 maakte Yoshino een veiligere batterij die honderden keren opnieuw was op te laden – de eerste rendabele lithium-ion-batterij.

Draagbare elektronica

In 1991 werden lithium-ion-batterijen op de markt gebracht. Omdat ze lichter en krachtiger waren dan andere oplaadbare batterijen, maakten ze de ontwikkeling van draagbare elektronische apparaten mogelijk, waaronder mobiele telefoons.

De technologie wordt nog steeds verbeterd. Moderne lithium-ion-batterijen hebben kathodes van ijzerfosfaat, ontwikkeld door Goodenough, die milieuvriendelijker zijn dan kathodes van kobaltoxide.

Exoplaneten en cellen

Gisteren werd bekend dat de Nobelprijs voor Natuurkunde van dit jaar gaat naar theoretisch kosmoloog Jim Peebles en exoplanetenontdekkers Michel Mayor en Didier Queloz. De Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde gaat naar William Kaelin, Peter Ratcliffe en Gregg Semenza. Zij ontdekten hoe cellen aanvoelen of ergens zuurstof beschikbaar is en hoe ze zich aan die beschikbaarheid aanpassen.