Schema einer Lithium-Ionen-Batterie, wie sie auch heute verwendet wird. Bildrechte: Nobel Prize

Interdisziplinäre Forschung Nobelpreis Chemie: Wie Lithium die Welt veränderte

09. Oktober 2019, 16:10 Uhr

Wenn Sie das hier mit Ihrem Smartphone, Tablet oder Laptop lesen, dann halten Sie Nobelpreis-Technologie in der Hand. Der US-Amerikaner John B. Goodenough, der Brite M. Stanley Whittingham und der Japaner Akiro Yoshino bekommen den Preis 2019 für die Erfindung der Lithium-Ionen-Batterie. Warum funktioniert die Batterie so gut mit Lithium und wie haben die drei Forscher das herausgefunden?

Herzschrittmacher, Smartphones, Akkuschrauber  – unsere moderne Welt würde nicht funktionieren ohne die Entdeckung der drei Nobelpreisträger. "Batterien für Elektroautos, die nicht mehr zwei Tonnen, sondern 300 Kilogramm wiegen, die Möglichkeit erneuerbare Energie zu speichern", wie es Sara Snogerup Lins vom Nobelpreis-Komitee beschrieb. Vielleicht sind das die Hauptgründe, warum Goodenough, Whitingham und Yoshino erst jetzt, Jahrzehnte nach ihren Entdeckungen, geehrt werden. Aber der Reihe nach. Fangen wir mit dem Lithium an.

Warum gerade Lithium?

Lithium steht oben links im Periodensystem der Elemente, Ordnungszahl 3, ein Leichtmetall, sogar das leichteste aller festen Elemente. Und es hat neben seiner Leichtigkeit noch einen entscheidenden Vorteil: Es ist freigiebig mit seinen Elektronen. Von seinen dreien gibt es einfach eins ab und wird zum positiv geladenen Lithiumion. Aber es hat auch eine Kehrseite. Denn Lithium ist sehr reaktiv, verbindet sich zum Beispiel schnell mit Wasser. Bei Hautkontakt kann es zu schweren Verätzungen und Verbrennungen führen. Wie kann man das Potential von Lithium trotzdem nutzen? "Das war die Herausforderung der sich die drei gestellt haben," so Olof Ramström vom Nobelpreis-Komitee, "und die zu der phänomenalen, fantastischen Lithium-Ionen-Batterie führte."

Wie haben die drei die Batterie entwickelt?

Los ging es mit Stanlexy Whittingham. Er entdeckte Mitte der 1970er-Jahre, dass Lithium zusammen mit Titaniumdisulphid eine Superbatterie ergibt. Anfang der 1980er ersetzte John Goodenough das Titaniumdisulphid durch Kobaltoxid und verdoppelte damit das Potential der Batterie. Akiro Yoshino suchte ab 1981 nach einer Methode, das Lithium zu ersetzen. 1985 präsentierte er seine Batterie, die Kohlenstoffverbindungen als Anode benutzte. Und hatte damit, wie Ramström es beschreibt, das Metall gezähmt. So wurde die Batterie massentauglich. 1991 kam die erste von Sony auf den Markt.

John B. Goodenough - mit 97 Jahren der älteste jemals ausgezeichnte Nobelpreisträger. Bildrechte: imago images/UPI Photo

Ein Chemiker, ein Physiker, ein Ingenieur

Das Besondere am Chemie-Nobelpreis 2019 ist allerdings, dass er interdisziplinär ist. Denn Yoshino ist Ingenieur, Goodenough Physiker und nur Whittingham Chemiker. Aber nur  diese interdisziplinäre Zusammenarbeit macht solche Erfindungen möglich, so Chemie-Professor Ramström vom Nobel-Komitee. Erst recht für die Zukunft, wie seine Kollegin Snogerup Lins, Professorin für physikalische Chemie, bei der Bekanntgabe erklärte. Denn für die Klima-Herausforderungen der Zukunft brauchen wir neue Batterien, aus anderen Materialien, die wir in großem Maßstab herstellen können.