Zahlavi

Nobelova cena za chemii oceňuje lithium-iontové baterie

09. 10. 2019

John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham a Akira Jošino – to jsou jména letošních nositelů Nobelovy ceny za chemii. Získali ji za vývoj lithium-iontových baterií, které umožnily rozšíření bezdrátové elektroniky, včetně mobilních telefonů a notebooků, slouží i v elektromobilech. Dokážou též uchovávat značné množství elektřiny z obnovitelných zdrojů – sluneční i větrné energie. Napomáhají tak budovat společnost nezávislou na fosilních palivech.

Těmito slovy popsala Královská švédská akademie věd zásluhy tří nových laureátů. Vylíčila dále jejich dlouhou cestu k dnešním výkonným lithium-iontovým bateriím.

Jejich základy položil už v sedmdesátých letech minulého století, v době ropné krize, M. Stanley Whittingham, který se narodil v Británii a nyní působí v USA. Začal s výzkumem supravodičů a objevil materiál s extrémně vysokou hustotou energie – disulfid titanu, který využil k vytvoření inovativní katody pro lithiovou baterii. Její anoda byla částečně tvořena kovovým lithiem, které snadno uvolňuje elektrony. Lithiové baterie tak mohou poskytnout vysoké proudy, problémem však je jejich bezpečnost, protože se mohou velmi rychle zahřát a vybuchnout.

Další krok učinil Američan narozený v Německu John B. Goodenough, dnes ve svých 97 letech vůbec nejstarší laureát Nobelovy ceny. Místo sulfidů kovů navrhl pro katodu lithiové baterie použít oxidy. Zatímco Whittinghamova baterie generovala napětí dvou voltů, J. Goodenough dokázal dosáhnout dvojnásobku – čtyř voltů. Tím otevřel cestu k bateriím s vyšším výkonem. Jedním ze zásadních kroků k jeho úspěchu bylo, že si uvědomil, že se baterie nemusí vyrábět už nabité, jak tomu bylo dříve, ale mohou se nabíjet až posléze. (Později John Goodenough nahradil oxid kobaltu fosfátem železa, čímž se baterie staly příznivější k životnímu prostředí.)

Poté převzali taktovku japonští odborníci, kteří do své nové elektroniky, včetně videokamer, bezdrátových telefonů a počítačů potřebovali lehké baterie, které by se daly opakovaně nabíjet. Akira Jošino využil Goodenoughovy katody a v roce 1985 vyvinul první komerčně využitelnou lithium-iontovou baterii. Pro anodu nepoužil lithium, ale zkoušel různé uhlíkové materiály, jako nejlepší nakonec zvolil petrolejový koks. Pro katodu mu posloužil oxid kobaltu, jako elektrolyt lithná sůl. A byl to zásah do černého. Díky tomu spatřila světlo světa lehká, stabilní a velmi výkonná baterie, kterou je možné nabít několikasetkrát, než začne ztrácet kapacitu.

Královská švédská akademie věd připomněla, že díky těmto bateriím a jejich dalšímu vývoji se zmenšily mobilní telefony i přenosné počítače, máme k dispozici MP3 přehrávače a tablety. Umožnily rozvoj technologií pro získávání ekologicky čistší energie i výrobu elektromobilů, čímž přispěly ke snížení emisí skleníkových plynů. „Od chvíle, kdy v roce 1991 lithium-iontové baterie poprvé vstoupily na trh, způsobily doslova revoluci v našem životě. John Goodenough, Stanley Whittingham a Akira Jošino svou prací vytvořili potřebné podmínky pro rozvoj bezdrátové společnosti nezávislé na fosilních palivech a přinesli tak obrovský prospěch lidstvu,“ konstatovala ve svém prohlášení Královská švédská akademie věd. 

Připravila: Jana Olivová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto: Nobelprize.org