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Smartphones, Laptops, E-Mobilität: Der diesjährige Nobelpreis für Chemie würdigt eine Erfindung, die unseren Alltag prägt. John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham und Akira Yoshino erhalten den Preis für ihre Beiträge zur Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien.
Der US-Amerikaner John B. Goodenough, der gebürtige Brite M. Stanley Whittingham und der Japaner Akira Yoshino haben mit ihren Arbeiten eine «wiederaufladbare Welt» ermöglicht: Die Entwicklung von Lithium-Ionen-Akkus ebnete den Weg für die mobilen Geräte, die uns im Alltag umgeben, ermöglichte die Entwicklung von Elektrofahrzeugen für weite Distanzen und letztlich eine auf erneuerbaren Energiequellen basierende Gesellschaft, frei von fossilen Brennstoffen, teilte die Königliche Schwedische Akademie der Wissenschaften am Mittwoch mit.
Die Geburtsstunde der Lithium-Ionen-Batterie war die Ölkrise der 1970er Jahre. Stanley Whittingham von der Binghampton University, die zur State University of New York gehört, entdeckte ein extrem energiereiches Material, das er für eine innovative Kathode in einer Lithium-Batterie nutzte. Diese bestand aus Titandisulfid und enthält auf molekularer Ebene «Löcher», in die sich reversibel Lithium-Ionen einfügen können.
Noch schwach und explosiv
Allerdings war diese Batterie noch relativ schwach, sie produzierte eine elektrische Spannung von rund zwei Volt. Wegen der Instabilität des Anoden-Materials – metallisches Lithium – war die Batterie für den Alltagsgebrauch zudem zu explosionsgefährdet.
John Goodenough von der University of Texas verbesserte diese Batterie entscheidend, indem er vorschlug, ein Metalloxid anstelle eines Metallsulfids für die Kathode zu verwenden. 1980 zeigte er, dass sich Whittinghams Batterie mit Kobaltoxid als Kathodenmaterial von zwei auf vier Volt steigern liess. Dieser Durchbruch ermöglichte weitaus stärkere Batterien.
Akira Yoshino von der Asahi Kasei Corporation in Tokio und der Meijo University in Nagoya entwickelte die erste kommerzielle Lithium-Ionen-Batterie im Jahr 1985. Anstelle von dem explosiven metallischen Lithium als Anodenmaterial nutzte er das weitaus stabilere Petrolkoks, ein auf Kohlenstoff basierendes Material, das aus Erdöl gewonnen wird und Lithium-Ionen aufnehmen und abgeben kann.
Das Ergebnis war ein leichter, robuster Akku, der sich hunderte Male auf- und entladen liess, bevor seine Leistung nachliess. 1991 kam diese revolutionäre Entwicklung auf den Markt und stiess eine Revolution an, die letztlich Smartphones und Elektrofahrzeuge ermöglichte.
Fluss der Ionen
Der Vorteil des Lithium-Ionen-Akkus sei, dass er nicht auf chemischen Reaktionen beruhe, sondern auf dem Hin- und Herfliessen von Lithium-Ionen zwischen Anode und Kathode, schrieb das Nobelpreis-Komitee.
Im vergangenen Jahr war der Chemie-Nobelpreis zur Hälfte an Frances Arnold aus den USA und zur anderen Hälfte an dessen Landsmann George Smith sowie den Briten Gregory Winter für ihre Beiträge zur Entwicklung einer grünen chemischen Industrie gegangen. Wie im Vorjahr ist der Nobelpreis mit neun Millionen schwedischen Kronen (rund 900’000 Franken) dotiert.
Offiziell ausgezeichnet werden die Geehrten am 10. Dezember, dem Todestag von Preisstifter und Dynamit-Erfinder Alfred Nobel, in Stockholm.