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Nobelpreis für Chemie: Der Weg zum sicheren Lithium-Ionen-Akku

Lithium ist ein ideales Metall für Energiespeicher – unglücklicherweise verhält es sich aber sehr reaktiv. Die Laureaten von 2019 haben das Element gezähmt und den Siegeszug der Lithium-Ionen-Akkus möglich gemacht.
Chemie-Nobelpreisträger 2019 Goodenough, Whittingham und YoshinoLaden...

Einige Elemente des Periodensystems möchte man nicht in der Hosentasche haben. So zum Beispiel das extrem reaktive Lithium, um das man jedoch heutzutage nicht mehr herumkommt. Das leichteste der Metalle gibt seine Energie ebenso bereitwillig an einen Stromkreis ab wie an andere Reaktionspartner, Letzteres oft geradezu explosiv. Dass LithiumIonen-Akkus heute dennoch in den meisten tragbaren elektronischen Geräten stecken, verdanken wir den drei Wissenschaftlern, die dieses Jahr mit dem Chemie-Nobelpreis ausgezeichnet wurden.

Das Prinzip hinter dem Lithium-Ionen-Akku, die galvanische Zelle, ist seit Jahrhunderten bekannt. In ihrer Ursprungsform bestand sie aus zwei Metallen, die durch ein wassergetränktes Material getrennt waren. Entscheidend dabei ist, dass eine Seite dieses Sandwichs eine höhere Neigung hat, Elektronen abzugeben, also unedler ist als die andere.

Verbindet man beide Seiten durch einen weiteren Leiter, erhält man einen Stromkreis, in dem die fließenden Elektronen Arbeit verrichten können. Angetrieben wird er durch chemische Reaktionen in den beiden Hälften der galvanischen Zelle: Das unedlere Element gibt Elektronen an den Stromkreis und positiv geladene Metallionen in die Flüssigkeit ab, während die Elektronen in das edlere Metall fließen und dort ebenfalls eine chemische Reaktion auslösen …

Dezember 2019

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft Dezember 2019

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  • Quellen

Mizushima, K. et al.: LixCoO2: A new cathode material for batteries of high energy density. Materials Research Bulletin 15, 1980

Whittingham, M. S.: Electrical energy storage and intercalation chemistry. Science 192, 1976

Yoshino, A.: The birth of the lithium-ion battery. Angewandte Chemie International Edition 51, 2012