A lítium-ion-akkumulátor kifejlesztéséért hárman kapják a kémiai Nobel-díjat

ma7 | MTI 2019. október 09., 19:14

A lítium-ion-akkumulátor kifejlesztéséért egy amerikai, egy brit és egy japán tudós, John Goodenough, Stanley Whittingham és Josino Akira kapja az idei kémiai Nobel-díjat a Svéd Királyi Tudományos Akadémia szerdai stockholmi bejelentése szerint.

Lítium-ion-akkumulátorok szerkezete Fotó: Archívum

Az indoklás szerint a könnyű, újratölthető és tartós lítium-ion-akkumulátorokat napjainkban a mobiltelefonoktól a laptopokon át az elektromos autókig használják. Világszerte ezekkel működnek a hordozható elektronikai eszközök, amelyeket a kommunikációhoz, a munkához, a tanuláshoz vagy például a zenehallgatáshoz használnak. Jelentős mennyiségű nap- és szélenergiát tudnak elraktározni, lehetővé téve ezzel a fosszilis energiától mentes társadalmat.

A lítium-ion-akkumulátor alapjait az 1970-es évek olajválsága idején fektette le Stanley Whittingham. Az általa fejlesztett akkumulátor azonban túlságosan is robbanásveszélyes volt ahhoz, hogy használható legyen. John Goodenough később áttörést ért el, amely aztán jóval erősebb akkumulátorok kifejlesztéséhez vezetett, és végül Josino Akira 1985-ben megalkotta a kereskedelmi forgalomban használható első lítium-ion-akkumulátort. "A lítium-ion-akkumulátorok forradalmasították az életünket, amióta 1991-ben piacra kerültek. Lefektették a vezeték nélküli, fosszilis energiától mentes társadalom alapjait és nagy hasznára vannak az emberiségnek" - összegzett indoklásában a Nobel-bizottság.

Janáky Csaba vegyész, a Szegedi Tudományegyetem Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszékének munkatársa szerint a kémiai Nobel-díj egy nagyon régóta várt elismerés a lítium-ion-akkumulátor kifejlesztéséért. A tudományos közösség már 10-15 éve minden évben azt várta, hogy mikor ismerik el a felfedezést, mert azon túl, hogy tudományosan is nagyon érdekes területet indított el, megváltoztatta a mindennapi életünket is.

A 97 éves John B. Goodenough a németországi Jénában született. A Yale Egyetemen matematikusként végzett, a Chicagói Egyetemen fizikából diplomázott 1952-ben. Kutatott az MIT Lincoln Laboratóriumában, majd az 1970-80-as években az Oxfordi Egyetem Szervetlen Kémia Laboratóriumát vezette, ahol munkatársaival kifejlesztette a lítiumion-akkumulátor katódjának innovatív anyagát. 1986 óta a Texasi Egyetem austini intézményének gépipari és anyagtudományi professzora, csoportjával jelenleg is folytatja kutatásait.

John Goodenough a Texasi Egyetem által kiadott közleményben mondott köszönetet, hangsúlyozva, hogy mekkora megtiszteltetést jelent számára a díj. "Élj 97 évig, és bármit elérhetsz" - fogalmazott Goodenough, aki a Nobel-díj történetének legidősebb kitüntetettje. "Köszönöm a barátaimnak, hogy támogattak és segítettek engem egész életemben" - tette hozzá.
Janáky Csaba felidézte, hogy konferenciákon találkozott John Goodenough-fal, és a kémikus mindig elmondta, hogy igazából nem sejtette, felfedezésük milyen fejlődéshez vezet, csak ígéretes alkalmazásnak tűnt először, nem várhatták, hogy ilyen áttörést fog eredményezni.

Az 1941-ben született Stanley Whittingham az Oxfordi Egyetemen szerezte kémiadiplomáját. Posztdoktori tanulmányait a Stanford Egyetemen végezte, majd 1972-84 között az Exxon kőolajipari vállalat kutatócégénél dolgozott, ahol felfedezték a lítiumakkumulátor katódját. Jelenleg az amerikai Binghamton Egyetem professzora.

Whittingham reményét fejezte ki, hogy a díj ráirányítja a "nagyon is szükséges" figyelmet az energia jövőjére. Közleményében a brit tudós azt írta, a kutatás, amelynek 30 éve részese, segítette a haladást abban, hogy "miként tároljuk és használjuk az energiát alapvető szinten".

Josino Akira 1948-ban született Szuitában, a Tokiói és az Oszakai Egyetemen diplomázott. 1972-től a Kawasaki cég kutatólaboratóriumában dolgozott, ahol 1983-ben kifejlesztette a lítium-ion-akkumulátor újratölthető prototípusát. Jelenleg az Asahi Kasei vállalat kutatója, ahol a jövő technológiáin dolgozik és a nagojai Meidzso Egyetem professzora.

A japán tudós a fiatal kutatóknak szóló bátorításként értékelte a tudományos elismerést. Mint mondta, bízott abban, hogy felfedezéseik előbb-utóbb kiérdemlik a Nobel-díjat, de nem számított arra, hogy ez ennyire "hamar" bekövetkezik. A lítíum-ion-akkumulátorok előnyeivel kapcsolatban Josino Akira megemlítette a klímaváltozás ügyét, amely szerinte jelentős kihívás az emberiség számára.

Janáky Csaba szerint ugyanakkor 10-15 évvel ezelőtt még inkább indokolt lett volna ez a Nobel-díj, mivel kicsit már más irányt vettek a kutatások. Ennek oka, hogy a lítium, amelyet főként Dél-Amerikában bányásznak, viszonylag kevés helyen fordul elő a Földön könnyen elérhető formában. "Jelenleg inkább abba az irányba megy a tudomány, hogy milyen egyéb aktív komponenst tudunk találni a lítium helyett, de ezek a kutatások még kezdeti stádiumban vannak" - mutatott rá Janáky Csaba.

Képgalériánk:
A lítium-ion akkumulátor a Chevrolet Volt hibrid járművét látja el energiával Fotó: Archívum

HÍRMAGYARÁZAT: A lítium-ion-akkumulátort a ’70-es években az Exxon kutatói fejlesztették ki. Fémanódját mára grafit, katódját fém-oxidok váltották fel, elektrolitja szerves oldószerben (például éterben) oldott LiPF6, LiBF4 vagy LiClO4 só. Hogy miért a lítiumra esett a kutatók választása, annak az az egyszerű magyarázata, hogy a lítium fém a legutolsó a Volta-féle elektrokémiai feszültségsorban, ezért anyaga a maga 3,7 voltjával a legnagyobb névleges cellafeszültséget kínálja. Ez a cellafeszültség 3,7 V, ami háromszor, energiasűrűsége 100 Wh/kg körüli, ez kétszer nagyobb az ólomakkumulátorokénál. A hibridhajtású gépkocsikat eddig döntően nikkel metál-hidrid akkumulátorokkal működtették, a máig költségesebb lítium-ion akkumulátorokkal ugyanis kevesebb használati tapasztalatot gyűjtöttek a fejlesztők és az üzemeltetők. Mára azonban megfelelő védelmi áramköröket és jobb szeparátorokat fejlesztettek ki, a lítium-ion akkumulátorok fokozott hő- és feszültségérzékenységének csökkentésére. A hajlékony kerámiafóliák ugyanis a korábbiaknál nagyobb hőstabilitást, hosszabb élettartamot és nagyobb működésbiztonságot kölcsönöznek a lítium-ion akkumulátoroknak. Töltéskor, külső feszültség hatására a lítium-ionok az anódhoz, az elektronok a fém-oxid katódhoz áramlanak. Kisütéskor fordított a helyzet: a lítium-ionok a fém-oxid katódhoz, az elektronok mozgása a külső áramkörön keresztül, az anódhoz irányul. A lítium-ion akkumulátorok fontos eszközei a hibrid gépkocsiknak, ugyanis a jármű értékének 5–10, a plug-in hibrideken pedig a jármű értékének 15–30%-át képviselik.
A lítium-ion akkumulátorok fejlesztése
A fejlődés ígéretes, mert a lítium-ion-akkumulátorok fajlagos energiatartalékai ma még csak 10–25%-ban használják ki az elméleti lehetőségeket. E tekintetben a nanotechnika alkalmazása jelentős lehetőségek forrása. Nanocsöves struktúrával különösen vékony elektródok, kisebb méretű cellák, a korábbinál nagyobb energiasűrűségű, kisebb tömegű és térfogatú lítium-ion akkumulátorok készíthetők. A nanocsöves felépítés különösen a pozitív elektródok és a háromkomponensű katódok kialakításában hordoz jelentős fejlesztési lehetőségeket.
Raktározási és biztonsági tudnivalók
A lítium-ion-akkumulátorok sajátossága, hogy 40%-os töltésű állapotban jelentősen tovább tárolhatók mint teljesen feltöltve, ezért 40–60%-os töltési szinten hűtve tárolhatók. A lítium-ion-akkumulátorok csak speciális elektronikákkal tölthetők. Túltöltés esetén ugyanis robbanást elérő gázkoncentráció is kialakulhat. 
0 HOZZÁSZÓLÁS