Nobelpriset i kemi: ”Det är mycket välförtjänt”

9 oktober 2019

Årets Nobelpris i kemi till går John Goodenough, Stanley Whittingham och Akira Yoshino för utvecklingen av litiumjonbatteriet, som används i allt från mobiltelefoner till bärbara datorer och elbilar.

Daniel Brandell, professor vid institutionen för
kemi – Ångström.

– Nobelkommittén har fattat ett bra beslut, det är mycket välförtjänt. Det här är personer som har jobbat länge inom branschen och varit delaktiga i pionjärartade forskningsupptäckter. De har bidragit till att lyfta de här kemierna till de typer av tekniska tillämpningar som de har i dag, vilket har varit betydelsefullt bland annat för utvecklingen av elektromobilitet och andra typer av energilagningslösningar, säger Daniel Brandell, professor vid institutionen för kemi – Ångström vid Uppsala universitet.

Litiumjonbatterier används i dagens bärbara elektronik och har möjliggjort elbilar med lång räckvidd, samt lagring av energi från förnybara energikällor som sol- och vindkraft.
Grunden till litiumjonbatteriet lades under oljekrisen på 1970-talet. Stanley Whittingham forskade på supraledare (material som karakteriseras av sin oändligt stora elektriska ledningsförmåga) och upptäckte ett extremt energirikt material. Från detta material skapade han en nydanande katod i ett litiumbatteri. Den bestod av titandisulfid som på molekylnivå formar hålrum som kan härbärgera – interkalera – litiumjoner. Batteriets anod bestod delvis av metalliskt litium, som har en enormt stark drivkraft att lämna ifrån sig elektroner. Resultatet blev ett batteri som bar på stor potential, strax över två volt. Men metalliskt litium är reaktivt och batteriet blev för explosivt för att vara användbart.

John Goodenough förutsåg att katodmaterialet skulle få en ännu högre potential om det byggdes av en metalloxid i stället för en metallsulfid. Efter ett systematiskt sökande visade han 1980 att koboltoxid med interkalerade litiumjoner kan ge en spänning på fyra volt, ett genombrott som banade vägen för mycket mer kraftfulla batterier.

Med Goodenoughs katod som grund, skapade Akira Yoshino det första kommersiellt gångbara litiumjonbatteriet 1985. Istället för reaktivt litium i anoden använde han grafit, ett kolmaterial som i likhet med katodens koboltoxid kan interkalera litiumjoner. Resultatet blev ett lätt och hållbart batteri, som gick att ladda hundratals gånger innan det förlorade sin prestanda.

– Vår forskning vid Ångström Advanced Battery Center bygger på en hel del av alla de här materialkategorierna och cellkemierna som Nobelpristagarna lagt grunden för. Man kan säga att vi jobbar två eller tre generationer senare och står på de här giganternas axlar, säger Daniel Brandell.
– Vi har också väldigt bra individuell kontakt med dem alla tre. Stanley Whittingham har varit här som opponent och Akira Yoshino besökte oss på Ångströmlaboratoriet och höll en föreläsning för några år sedan.

Att Nobelpriset tillfaller utvecklingen av litiumjonbatteriet ligger också väldigt rätt i tiden, menar Daniel Brandell:
– Det riktar strålkastarljuset mot tekniska lösningar för energilagring och elektromobilitet. Utan litiumjonbatteriet skulle eldrivna fordon inte vara konkurrenskraftiga jämfört med fossildrivna fordon. Vi skulle inte heller kunna ha laptops och smarta mobiltelefoner som vi är vana vid i dag. Litiumjonbatteriet har betytt mycket för det uppkopplade samhället och är på väg att bli den dominerande teknologin för energilagring.

Läs mer om forskningen vid Ångström Advanced Battery Centre.