Του Κωνσταντίνου Α. Ζώκου*
Το βραβείο Nobel για τη χημεία φέτος, το 2019, απονεμήθηκε στους John B. Goodenough [1], M. Stanley Whittingham [2] και Akira Yoshino [3], μοιραζόμενο εξ ίσου, για την ανάπτυξη της μπαταρίας ιόντων λιθίου. Αυτή η ελαφριά, επαναφορτιζόμενη και ισχυρή μπαταρία είναι πλέον σε χρήση σε όλα, από τα κινητά τηλέφωνα μέχρι τους φορητούς υπολογιστές και τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Μπορεί επίσης να αποθηκεύσει σημαντικά ποσά ενέργειας από ηλιακή και την αιολική ενέργειες, καθιστώντας δυνατό να υπάρξει μια κοινωνία ελεύθερη από τα ορυκτά καύσιμα.
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου γεννήθηκαν κατά τη διάρκεια της πετρελαϊκής κρίσης στη δεκαετία του 1970. Ο Stanley Whittingham εργάστηκε για την ανάπτυξη μεθόδων που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε ενεργειακές τεχνολογίες ελεύθερες από τα ορυκτά καύσιμα. Ξεκίνησε να ερευνά υπεραγωγούς και ανακάλυψε ένα εξαιρετικά πλούσιο ενεργειακά υλικό, το οποίο χρησιμοποίησε για να δημιουργήσει μια καινοτόμο κάθοδο σε μια μπαταρία λιθίου. Αυτό αποτελείτο από δισουλφίδιο τιτανίου το οποίο, σε μοριακό επίπεδο, έχει χώρους που μπορεί να φιλοξενούν – να παρεμβληθούν – ιόντα λιθίου.
Η άνοδος της μπαταρίας ήταν εν μέρει κατασκευασμένη από μεταλλικό λίθιο, που έχει μια ισχυρά τάση να απελευθερώνει ηλεκτρόνια. Αυτό οδήγησε σε μια μπαταρία που κυριολεκτικά είχε μεγάλο δυναμικό, που υπερέβαινε τα 2 V (βολτ). Ωστόσο, το μεταλλικό λίθιο είναι αντιδραστικό και η μπαταρία ήταν πολύ εκρηκτική για να είναι βιώσιμη.
Ο John Goodenough προέβλεψε ότι η κάθοδος θα είχε ακόμη μεγαλύτερο δυναμικό εάν αποτελείτο από οξείδιο μετάλλου αντί από δισουλφίδιο μετάλλου. Μετά από συστηματική έρευνα, το 1980 επέδειξε ότι οξείδιο κοβαλτίου με παρεμβεβλημένα ιόντα λιθίου μπορούν να παράγουν μέχρι και τέσσερα βολτ. Αυτό ήταν μια σημαντική επανάσταση και θα οδηγούσε σε πολύ πιο ισχυρές μπαταρίες.
Με την κάθοδο του Goodenough ως βάση, ο Akira Yoshino δημιούργησε την πρώτη εμπορικά βιώσιμη μπαταρία λιθίου το 1985. Αντί να χρησιμοποιήσει αντιδραστικό λίθιο στην άνοδο, χρησιμοποίησε κωκ πετρελαίου, ένα υλικό άνθρακα που, όπως και το οξείδιο του κοβαλτίου της καθόδου, μπορεί να παρεμβάλλει ιόντα λιθίου.
Το αποτέλεσμα ήταν μια ελαφριά, ανθεκτική μπαταρία που θα μπορούσε να φορτίζεται εκατοντάδες φορές πριν εκφυλιστεί η απόδοσή της. Το πλεονέκτημα των μπαταριών ιόντων λιθίου είναι ότι δεν βασίζονται σε χημικές αντιδράσεις που φθείρουν τα ηλεκτρόδια, αλλά σε ιόντα λιθίου που ρέουν μπρος-πίσω μεταξύ της ανόδου και της καθόδου.
Οι μπαταρίες λιθίου έχουν φέρει επανάσταση στις ζωές μας από τότε που για πρώτη φορά εισήχθησαν στην αγορά το 1991. Έχουν θέσει τις βάσεις μιας ασύρματης, ελεύθερης από ορυκτά καύσιμα κοινωνίας και είναι το μεγαλύτερο πλεονέκτημα για την ανθρωπότητα.
[1] Ο John B. Goodenough, γεννήθηκε το 1922 στην Jena, στη Γερμανία. Ph.D. το 1952 από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο, στις ΗΠΑ. Virginia H. Σήμερα στο Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Austin, στις ΗΠΑ.
[2] Ο M. Stanley Whittingham, γεννήθηκε το 1941 στο Ηνωμένο Βασίλειο. Ph.D. το 1968 από το Πανεπιστήμιο Oxford, στο Ηνωμένο Βασίλειο. Διακεκριμένος Καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Binghamton, Πολειτειακό Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης, στις ΗΠΑ.
[3] Ο Akira Yoshino, γεννήθηκε το 1948 στην Suita, στην Ιαπωνία. Ph.D. το 2005 από το Πανεπιστήμιο της Osaka, στην Ιαπωνία. Honorary Μέλος στην Asahi Kasei Corporation, στο Τόκιο και Καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Meijo, στην Nagoya, στην Ιαπωνία.
*Δάσκαλος Φυσικής, Επιστημονικός Υπεύθυνος egno.gr
(Διαβάζετε κάθε μέρα: Περισσότερες ειδήσεις Επιστήμης στο egno.gr)
