Lithium-batteriet har ændret verden: Nu vinder opfinderne Nobelprisen i kemi 2019
John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham og Akira Yoshino vinder nobelprisen for opdagelsen af lithium-batteriet.

Nobelprisen 2019 i kemi går til:

  • John B. Goodenough, professor ved University of Texas i Austin, USA,
  • M. Stanley Whittingham, professor ved Binghamton University, der er tilknyttet State University of New York i USA og
  • Akira Yoshino, der er professor ved Meijo University i Nagoya, Japan, for deres bidrag til opfindelsen af det effektive lithium-ion-batteri.

»Endelig! Det er et supergodt valg, som vi har gået og ventet på. De har også fordelt prisen rigtig fint, da hver af forskerne er kommet med deres essentielle bidrag. Uden dem alle havde lithium-ion-batteriet ikke fungeret,« siger Tejs Vegge, der er sektionsleder og professor på Institut for Energikonvertering og -lagring ved DTU, hvor han forsker i netop lithium-ion batterier.

Hans kollega, Poul Norby, er enig:

»Det er et rigtig godt valg, og det er på tide, for Goodenough har været på tale i mange år, og lithium-batteriet har ændret verden. Det ville ikke være muligt at have vores små og energikrævende mobiltelefoner og bærbare computere uden,« siger Poul Norby, der er professor på Institut for Energikonvertering og -lagring ved DTU Energi.

John B. Goodenough bliver desuden den ældste modtager af en Nobelpris nogensinde i en alder af 97 år.

Lithium-ion-batteriet er lettere og kraftigere end tidligere batterier

Hvis du ejer en smartphone eller en bærbar computer, så ejer du højst sandsynligt også et lithium-ion-batteri. Det kan også være, det gemmer sig i din barbermaskine, plæneklipper eller el-bil.

Lithium-ion-batteriet er nemlig svært at undgå i dag på grund af dets effektivitet og lethed, som har revolutioneret, hvor meget strøm vi kan bære rundt på og gjort det muligt at lagre vedvarende energi fra sol og vind.

»Det er nu, vi virkelig ser betydningen af de tre forskeres arbejde. I dag og i mange år fremover vil det være lithium-ion-batterier, vi bruger i vores biler, telefoner og computere,« fortæller Poul Norby.

Sådan fungerer et lithium-ion-batteri

Lithium er et metal, der har atomnummer 3 i det periodiske system. Det betyder, at det er meget let, og samtidig har det en tendens til at frigive elektroner. Derfor har det et stort potentiale som batteri.

At lithium-atomer kan frigive elektroner kan man udnytte i et batteri, da lithium-atomer hellere vil sidde i den positive elektrode end i den negative elektrode.

Lithium er det tredje element i det periodiske system, og lithium afgiver let en af sine tre elektroner og bliver til en lithium-ion. Det giver metallet et godt potentiale i batterier. (Illustration: nobelprize.org.)

»Lithium-ioner kan sidde i begge sider af batteriet, men vil helst være i den positive elektrode, så ved at flytte dem fra den negative side kan man frigive energi,« siger Tejs Vegge.

Mellem de to elektroder sætter man en væg, en elektrolyt, som gør det umuligt for lithium-atomer at passere, men lader lithium-ioner komme forbi.

»På den måde splitter man atomet i en ion og en elektron. Elektronerne rejser gennem vores tilsluttede apparat og skaber strøm. Tricket er, at der skal være en stor spændingsforskel mellem den negative og positive elektrode i batteriet, og fordi der er det, kan lithium-ion batterier lagre to til tre gange mere energi end tidligere batterier,« forklarer Tejs Vegge.

Nobelprisen

Nobelprisen blev første gang uddelt i 1901 og er etableret af Alfred Nobel, der nok er mest kendt for at have opfundet dynamit.

Med prisen følger ni millioner svenske kroner.

Prisen kan ikke modtages af afdøde personer.

Læs mere om prisen, og hvorfor nogle mener, at den er håbløst gammeldags, i artiklen 'Forskere revser Nobelprisen: Unfair og gammeldags rammer'.

Sådan kom lithium-ion-batteriet til verden

Fundamentet for lithium-ion-batteriet blev lagt under oliekrisen i 1970'erne. Her arbejdede Stanley Whittingham på at udvikle metoder, som kunne føre til en fremtid uafhængig af fossil energi.

Han forskede i såkaldte superledere og opdagede et ekstremt energirigt materiale kaldet titanium disulfid, som han brugte til det, der kaldes den positive elektrode, i lithium-batteriet.

Materialet har små lag, som gør det muligt for lithium-ioner at rejse igennem og pakkes tæt.

I den anden ende, altså den negative elektrode, brugte Whittingham et materiale, der delvis bestod af metallisk lithium, som har en stærk tendens til at frigive elektroner. Det gav et effektivt batteri, som kunne producere 2 volt, sammenlignet med alkaline-batteriet, som du måske kender, der kan producere 1,5 volt.

John Goodenough forudsagde, at batteriet kunne få et større potentiale, hvis man byttede titaniumdisulfid ud med et metaloxid. Efter længere tids søgen fandt han i 1980 frem til, at koboltoxid kunne producere helt op til fire volt, og batteriet blev langt mere kraftfuldt.

»Nu var batteriet tre gange kraftigere end tidligere batterier, men det var stadig ikke sikkert til anvendelse, da metallisk lithium, som på det tidspunkt blev brugt i den negative elektrode, kan forårsage kortslutninger« siger Tejs Vegge.

I 1985 lykkedes det dog Akira Yoshino, med udgangspunkt i Goodenoughs batteri, at udvikle verdens første kommercielt anvendelige lithium-ion-batteri. I stedet for at anvende reaktivt metallisk lithium i anoden, brugte han et kulstof-materiale kaldet petroleumskoks, der ligesom koboltoxid har lag, som lithium-ioner kan lagres i.

Efter Akira Yoshino i 1985 fandt ud af at bruge det kulstof-baserede petroleumskoks i batteriet, var det ikke længere brandfarligt. Det skabte kommerciel interesse og i 1991 lancerede elektronikvirksomhederne Sony og Asahi Kasei det første kommercielle lithium-batteri. (Illustration: nobelprize.org) 

Sådan baner lithium-batteriet vejen for vedvarende energi

Selvom lithium-batteriet har ændret verden, er det først nu, vi begynder at se det fulde potentiale, fortæller Tejs Vegge, der er professor på DTU,

»Lithium-ion batterier har gjort en kæmpe forskel, når det kommer til at udnytte og transportere vedvarende energi. Jeg bruger det i min telefon, men også i min el-bil, hvor kvaliteten nu er så god, at batteriet kan holde i mindst 8-10 år,« siger han.

Og netop når det kommer til vedvarende energi, er lithium-batterierne centrale.

»I dag bruger vi lithium-batterier til at lagre energi fra vind og sol i kortere tid, så vi for eksempel kan balancere elnettet. Li-ion-batterierne i dag er dog endnu ikke gode og billige nok, til at vi kan lagre energien fra dag til dag, men de er gode til hurtigt at regulere.«

Og hvis du nu undrer dig over, at din telefon får mere og mere regnekraft, men stadig skal oplades stort set hver dag, så er det ikke, fordi der ikke udvikles på batterierne - der er bare andre udfordringer:

»Vi får for eksempel hurtigere mere computerkraft, fordi vi kan arbejde med at gøre computerchippen mindre, men det er svært at gøre selve atomerne mindre i et batteri. Vi arbejder i stedet med at ‘pakke’ dem bedre og smartere, så de kan lagre mere energi,« siger Tejs Vegge og afslutter:

»Der er sket meget. Batterierne bliver stadig bedre, sikrere og billigere, selvom de ikke udvikler sig med samme eksponentielle hast, som vi kender fra computerindustrien.«

Du kan læse mere om, hvorfor udviklingen af batterier ikke går ligeså hurtigt som anden elektronik i artiklen 'Bliver batterier ikke snart bedre?'

Andre 'favoritter', der kunne have vundet

Det er ikke nemt at forudsige, hvem der vinder en nobelpris, men det forhindrede ikke flere medier og analysefirmaer i at gøre et forsøg.

Analysefirmaet Clarivate Analytics fandt blandt andet frem til en håndfuld bud.

De baserer deres bud på, hvilke videnskabelige artikler der er blevet citeret flest gange af andre forskere. Det gør de på baggrund af data fra databasen Web of Science.

Samtidig har nyhedstjenesten Inside Science, der hører under American Institute of Physics, og som faktisk gættede to af gårsdagens modtagere i Nobelprisen i fysik, tilladt sig at komme med tre bud, hvoraf to også er at finde på Clarivate Analytics liste:

Buddene lød på:

  • Omar Yaghi, professor i kemi ved University of California, Berkeley, i USA.
  • Edward Southern, professor emeritus i biokemi ved University of Oxford i Storbritannien.

Det er hullerne i din opvaskesvamp, der gør den i stand til at holde på vandet, og Omar Yaghi forsker i materialer med massevis af bittesmå huller på nanoskala. De små huller gør materialet i stand til at holde på vand eller gas. Omar Yaghi har blandt andet demonstreret, at et af hans materialer kan suge drikkevand ud af ørkenluft.

Edward Southern har til gengæld bidraget med en kemisk teknik, der er blevet så udbredt, at vi i dag tager den for givet. Han opfandt nemlig teknikken kaldet Southern Blotting i 1970, der kan finde frem til specifikke DNA-sekvenser i organiske prøver, som siden har været brugt til at finde gerningsmanden i utallige kriminalsager.

Sidste år gik den ene halvdel af prisen til Frances H. Arnold for hans forskning i enzymer. Den anden del af prisen gik til George P. Smith og Sir Gregory P. Winter for deres forskning i fager og antistoffer. Dem kan du læse mere om her.

Du kan også læse vores artikel om, hvilken betydning Nobelprisen har for vinderne - på godt og ondt.

... Eller følg os på Facebook, Twitter eller Instagram.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Det sker