Der Nobelpreis für Chemie 2019 wurde am Mittwoch, dem 9. Oktober 2019, an drei Personen aus zwei Ländern verliehen. Diese drei Wissenschaftler wurden für ihre Arbeit bei der Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.
Die drei Wissenschaftler sind
- Frances Arnold aus den USA
- George Smith aus den USA
- Gregory Winter aus England
Litium-Ionen-Batterie
Die Lithium-Ionen-Batterie oder auch als Li-Ionen- oder LIB-Batterie bezeichnet, ist eine wiederaufladbare Batterie . In dieser Batterie bewegen sich Lithiumionen von der negativen Elektrode zur positiven Elektrode, wenn sie freigesetzt werden, und zurück, wenn sie wieder aufgeladen werden.
Im Vergleich zur herkömmlichen Batterietechnologie laden sich diese Lithiumbatterien schneller auf, halten länger und haben eine höhere Leistungsdichte für eine längere Batterielebensdauer in einem leichteren Gehäuse.
Funktionsprinzip des Lithium-Ionen-Akkus
Grundsätzlich unterscheidet sich das Funktionsprinzip von Lithium-Ionen-Batterien von Alkalibatterien (z. B. Fernbedienungsbatterien). Dieser Unterschied bietet einen viel größeren Vorteil bei der Batterieentwicklung.
Die Elektroden in einer Lithiumionenbatterie bestehen aus Graphit und Lithiumkobaltoxid. Graphit hat schwächere elektronische Fähigkeiten als Zink, das normalerweise in Alkalibatterien verwendet wird.
Der Lithium-Kobaltoxid-Anteil der Li-Ionen-Batterie kann Elektronen viel stärker anziehen als Manganoxid - wodurch die Batterie mehr Energie auf der gleichen Fläche speichern kann als Alkalibatterien.
Die Lösung, die Graphit und Lithiumkobaltoxid trennt, enthält positiv geladene Lithiumionen, die beim Entladen und Wiederaufladen der Batterie leicht chemische Bindungen bilden und aufbrechen.
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Diese chemischen Reaktionen können im Gegensatz zur Bildung von Zinkoxid in beide Richtungen ablaufen, wodurch Elektronen und Lithiumionen in vielen Lade- und Entladezyklen hin und her fließen.
Herausforderungen bei der Batterieentwicklung
Der Prozess mit dem Lithium-Ionen-Akku bietet sicherlich keinen Wirkungsgrad von bis zu 100%. Alle Batterien verlieren schließlich ihre Fähigkeit, Energie zu speichern. Trotzdem war die chemische Li-Ionen-Verbindung stark genug, um die derzeitige Batterietechnologie zu dominieren.
Die größte Herausforderung bei der Entwicklung von Batterien und Energiespeichern im Allgemeinen ist die Fähigkeit, Energie zu speichern. Daher versuchen Wissenschaftler, Batterien zu bauen, die hinsichtlich der Speichereffizienz noch besser sind.
Das Aufrüsten einer Batterie erfordert das Fachwissen von Chemikern und Physikern, um Veränderungen auf atomarer Ebene zu erkennen, sowie von Maschinenbau- und Elektrotechnikern, die die Batteriepacks entwerfen und zusammenbauen können, die das Gerät antreiben.
Referenz
- Entwickeln Sie die Lithiumbatterie 3, die dieser Wissenschaftler mit dem Nobelpreis ausgezeichnet hat
- Wie funktioniert die Lithiumbatterie bei unseren Handys?
