Ausführliches Interview: Dialog mit Pionieren von Lithium-Ionen-Batterien

Lithium-Ionen-Batterien - die Art Ihres Telefons, Laptops und Elektroautos - haben die Berechnungen komplett geändert. Diese Batterien verändern auch Transport- und Stromnetze.

Einige der Hauptmerkmale moderner Lithium-Ionen-Batterien stammen aus der Arbeit in Japan in den 1980er Jahren, darunter der Chemiker Akira Yoshino, der dem Chemiekonzern Asahi Kasai half, einige wichtige Durchbrüche zu erzielen. Yoshinos Arbeit half bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien unter Verwendung von Kohlenstoff und Lithium-Kobaltoxid und konnte mehr Energie aufnehmen als die Standard-Mobilbatterie der damaligen Zeit.

Für seinen wissenschaftlichen Beitrag erhielt Yoshino Anfang dieses Monats den Japan-Preis, eine prestigeträchtige Auszeichnung, die jedes Jahr an mehrere Wissenschaftler und Erfinder jeder Nationalität vergeben wird. Letzte Woche nahm er an einer Feier teil, an der der japanische Kaiser Akihito und Kaiserin Michiko teilnahmen, um seinen Preis zu gewinnen.

Einige Wochen vor Beginn der Zeremonie sprach ich mit Yoshino (70) über sein Büro in Tokio. Dies ist eine Konversation, die einfach zu bearbeiten und zu übersetzen ist.

Fehrenbacher: Als ich vor vielen Jahren mit der Forschung begann, erzählen Sie mir bitte den Status von wiederaufladbaren Batterien. Wann ist der akku verfügbar?

Yoshino: Das war 1981, vor 35 Jahren, als ich anfing, nach Batterien zu suchen. Zu dieser Zeit war es eine Nickel-Cadmium-Sekundärbatterie, mit der eine wiederaufladbare Batterie bewegt werden konnte.

Fehrenbacher: Warum ist die Batterie mit Strom versorgt?

Yoshino: Es wurde verwendet, um relativ kleine elektronische Geräte wie tragbare Radios aufzuladen.

Fehrenbacher: Warum haben Sie den Durchbruch von Lithium-Ionen-Batterien entdeckt - Kohlenstoff- und Lithium-Kobaltoxid- und Batteriedesign?

Yoshino: 1981 war Nickelcadmium die einzige verfügbare Batterie. Die damaligen Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten waren jedoch sehr aktiv bei der Förderung kleiner Batterien. Leider sind all diese Forschungs- und Entwicklungsbemühungen gescheitert.

Dies hängt mit den Problemen zusammen, die mit den für die Anode verwendeten Materialien verbunden sind. Das Forschungsprojekt konzentriert sich nicht vollständig auf Batterien. Es beginnt mit einer Untersuchung von Polyacetylen [leitfähigem Polymer], durch das Strom fließen kann. Da dies ein Material ist, durch das Lithiumionen passieren können, ist es möglich, eine Anode für eine Sekundärbatterie zu entwickeln.

Um eine Batterie aus Polyacetylen mit Anode zu entwickeln, ist Lithiumcobaltat das einzige Material, das für die Kathode geeignet und verfügbar ist. Diese Entwicklung wurde 1983 erreicht.

Wir evaluieren und erforschen das Anodenmaterial jedoch weiterhin und ersetzen es schließlich durch Kohlenstoff anstelle von Polyacetylen. So haben Sie heute Lithium-Ionen-Batterien entwickelt.

Fehrenbacher: Was bewirken Leser, die die Details von Lithium-Ionen-Batterien nicht kennen, in der Batterie?

Yoshino: Ich möchte sagen, dass der größte Erfolg dieses Durchbruchs darin besteht, dass wir eine kleine und leichte Batterie geschaffen haben.

Der Grund für diese große Leistung liegt in der hohen Spannung in der Batterie. Bei einer Lithium-Ionen-Batterie beträgt ihre Spannung 4,2 Volt. Bei einer Nickel-Cadmium-Batterie sind es jedoch nur 1,2 Volt. Ich werde sagen, dass dies der wichtigste oder größte Vorteil oder Erfolg ist, den wir erreicht haben.

Fehrenbacher: Als Sie heute den Markt für lithium-ionen-akkus gesehen haben, sind Sie überrascht, dass seine Entwicklung so großartig ist. Ist er für Computer und Mobiltelefone aufgrund dieser zentralen Durchbrüche so wichtig?

Yoshino: Als wir 1985 die Forschung und Entwicklung rund um diese Batterie förderten, war unser Markt für Batterien die Kamera.

Die Marktgröße der Kamera beträgt ca. 1 Million Batterien pro Monat. Zu der Zeit dachte ich, dies sei ein sehr großer Markt.

Die derzeit in der Gesamtnachfrage nach Kameras für den Rekordermarkt verfügbaren Batterien machen nur 0,2% des gesamten Batteriemarktes aus. Dies bedeutet, dass der Markt, den wir uns damals vorstellen, tatsächlich 500-mal wurde.

Fehrenbacher: Ist die Batterieforschung, die Sie heute sehen, für die nächste Batteriegeneration besonders interessant?

Yoshino: Ich möchte sagen, dass ich in den letzten Jahren einen großen Durchbruch auf dem Gebiet der Festkörperbatterien erzielt habe.

Der Vorteil von Festkörperbatterien besteht darin, dass sie sich im Vergleich zu den Erwartungen an die Ausgangsleistung und die Leistung bei niedrigen Temperaturen als ausgezeichnet erwiesen haben.

Aus wissenschaftlicher Sicht sehen wir jetzt Interesse und Forschung an den Grundlagen des Verhaltens von Lithium-Ionen-Batterien.

Fehrenbacher: Was hat Sie dazu inspiriert, Chemiker zu werden und im Bereich energiespeicherung zu arbeiten?

Yoshino: Ich habe die erste Inspiration für die Wissenschaft vom Grundschullehrer bekommen. Der Lehrer ist ein Chemiker, der mir viel über Chemie beigebracht hat. Er schlug mir auch vor, [Michael] Faradays Buch mit dem Titel "Chemische Geschichte der Kerzen" zu lesen, das als wichtige Lektüre auf diesem Gebiet angesehen wird.

Fehrenbacher: Welchen Rat haben Sie für junge Leute, die sich für Wissenschaft, Chemie und Batterietechnologie interessieren?

Yoshino: Die heutige Gesellschaft dreht sich um das Internet, und wir sind mit vielen Informationen konfrontiert.

Junge Menschen neigen dazu zu missverstehen, dass es in den Naturwissenschaften nichts zu erforschen gibt, weil alles entdeckt und geklärt wurde. Aber ich werde sagen, dass die Realität das Gegenteil ist. In der gesamten Disziplin der Naturwissenschaften ist das, was der Mensch artikuliert hat, nur ein kleiner Teil davon.

Fehrenbacher: Was ist neben Ihrer Batterieerfindung die Inspirationsquelle in Ihrem Leben?

Yoshino: Außerhalb der Wissenschaft interessiert mich besonders die Geschichte. Der Grund, warum ich mich für Geschichte interessiere, ist, dass es sich um Ereignisse handelt, die in der Vergangenheit passiert sind, was bedeutet, dass es bereits eine Antwort gibt.

Wenn Sie also Geschichte studieren, werden Sie herausfinden, wie Sie diese Antwort implementieren können. In dieser Hinsicht habe ich das Gefühl, dass Sie in Bezug auf die Geschichte und die Art und Weise, wie sich Wissenschaft und Wissenschaft entwickeln, viel gemeinsam haben.

Fehrenbacher: Die japanische Preisverleihung steht kurz bevor. Bist du aufgeregt? Was ist dein Plan?

Yoshino: Ja, ich freue mich auf diese Veranstaltung. Ich wurde eingeladen, an dem großen Abendessen teilzunehmen, an dem seine Königliche Hoheit Japans teilnehmen wird, und ich hatte das Glück, neben ihm zu sitzen.

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