De Nobelprijs voor de scheikunde gaat dit jaar naar John Goodenough, Stanley Whittingham en Akira Yoshino voor de ontwikkeling van de lithium-ion-batterij.

They created a rechargeable world. Met they bedoelt het Nobelcomité de wetenschappers John Goodenough, Stanley Whittingham en Akira Yoshino die een ‘oplaadbare wereld’ hebben geschapen met hun lithium-ion-accu. De Nobelprijs voor de scheikunde 2019 werd daarom voor de ene helft aan de Amerikaanse Goodenough en Britse Whittingham toegekend en voor de andere helft aan de Japanse Yoshino. Goodenough is 97 jaar en dat maakt hem de oudste Nobelprijs-laureaat ooit.

Lithium-ion

Lithium-ion-accu’s zitten in onze smartphones, pacemakers, elektrische fietsen en auto’s, laptops en nog veel meer apparaten. Bovendien hebben ze de opslag van energie uit hernieuwbare bronnen, zoals zonne- en windenergie, mogelijk gemaakt. Zonder de oplaadbare accu’s waren we dus ver van huis geweest.

Een batterij heeft twee polen: de anode en de kathode. Als een apparaat wordt aangezet, schieten ionen van de anode in de batterij door de elektrolyt naar de kathode. En als hij aan de oplader wordt gezet, gaan de ionen in omgekeerde richting.

Reactief

De basis van de lithium-ion-batterij werd in de jaren zeventig door Stanley Whittingham gelegd die destijds onderzoek deed naar supergeleiders. Hij ontdekte een extreem energierijk materiaal waarmee hij een kathode in een lithiumbatterij creëerde. De kathode werd gemaakt van titaandisulfide dat op moleculair niveau ruimtes heeft waarin lithium-ionen kunnen worden ingesloten.

De anode van de batterij was gedeeltelijk gemaakt van metallisch lithium. De uiteindelijke lithiumbatterij kon een spanning van iets meer dan twee volt leveren. Metallisch lithium is alleen zeer reactief en de batterij was te explosief.

Joint effort

John Goodenough voorspelde toen dat de kathode een nog groter potentieel zou hebben als hij zou worden gemaakt van een metaaloxide in plaats van een metaalsulfide. In 1980 demonstreerde hij dat een kathode gemaakt van kobaltoxide in een batterij resulteerde die maar liefst vier volt kon produceren.

Met deze kathode ontwikkelde Akira Yoshino de eerste lithium-ion-batterij in 1985 die commercieel interessant was. Verder gebruikte hij steenkoolcokes in plaats van reactief lithium in de anode.

Het resultaat van deze gezamenlijke inspanning is een lichtgewicht batterij die honderden keren kan worden opgeladen en die ons leven sindsdien een stuk makkelijker heeft gemaakt.