Li-ion batterier:Videnskab direkte i din hånd

De er allestedsnærværende og afgørende for at navigere i det moderne liv. Lille, lys, genopladeligt:​​lithium -ion -batterier har revolutioneret vores verden på mindre end tre årtier.

På onsdag, John Goodenough, Stanley Whittingham og Akira Yoshino, opfinderne af en teknologi, der er taget for givet af de fleste, fik det mest prestigefyldte kemi -nik af alle:en nobelpris.

"De skabte en genopladelig verden, "udtalte Det Kongelige Svenske Videnskabsakademi, som tildeler anerkendelsen.

Hvad er den store ting?

Kun kommercialiseret i 1991, lithium -ion -batterier driver nu millioner på millioner af mobiltelefoner, bærbare computere, tabletter, kameraer, høreapparater, pacemakere, solpaneler, scootere, cykler og endda langdistance elbiler.

"Over to tredjedele af verdens befolkning ejer en mobil enhed, det være sig en smartphone, en bærbar eller tablet, og næsten alle drives af genopladelige lithium-ion-batterier. De er de skjulte arbejdsheste i den mobile æra, "Paul Coxon fra University of Cambridge Department of Materials Science and Metallurgy fortalte AFP.

De har øget menneskelig mobilitet betydeligt, og gav millioner i udviklingslande adgang til information og tjenester online med bare en mobiltelefon.

Lithium-ion-batterier har også reduceret vores afhængighed af planetopvarmende fossile brændstoffer, især i elbiler.

Desuden, de kan bruges i kombination med vedvarende, men svingende energikilder som Solen eller vinden, indfangning og lagring af energi til senere genbrug.

For Coxon, litiumionbatteriet er en værdig nobelmodtager, da det spiller til selve den prestigefyldte præmies oprindelse.

"Den praktiske anvendelse af videnskab til gavn for menneskeheden; grundlæggende videnskab lagt direkte i din hånd, "sagde han." Jeg holder bogstaveligt talt en telefon i min hånd lige nu. "

Hvad ændrede sig?

I modsætning til deres forgænger, blybatterier udviklet i midten af ​​1800-tallet, Li-ion batterier er genopladelige.

De er mindre, lettere, længerevarende og kan gøres mere kraftfuld.

Elektriske bilbatterier "vejer ikke længere to ton, men 300 kg (660 pund), "sagde Sara Snogerup Linse, en professor i fysisk kemi og medlem af Nobelkomiteen for kemi.

Hvordan fungerer de?

Når et batteri er forbundet til et kredsløb, opladede ioner bevæger sig inde i batteriet, normalt i en kemisk opløsning, mellem to elektroder - en anode og en katode.

Kemiske reaktioner finder sted ved hver af elektroderne, skaber en ophobning af elektroner i den ene ende. Elektronerne søger at genbalancere, men kan ikke bevæge sig gennem batteriet, tvinger dem til at rejse gennem kredsløbet, afgiver elektrisk energi.

Den positive elektrode er fremstillet af en komposit af lithium - det letteste metal, man kender, og nøglen til designets succes, ifølge Olof Ramstroem, et udvalgsmedlem.

"Litium har så enormt attraktive egenskaber, og det betyder, at du kan få et meget let batteri, der er lille med høj effekt og effektivitet, sagde han efter onsdagens meddelelse i Stockholm.

"Litium er meget reaktivt ... hvilket er det, vi har brug for - vi har brug for elektronerne fra litium. Det handler om at forsøge at tæmme det og få det ind i den lille batteripakke, der virkelig er nyttig for os."

Bagsiden

En artikel offentliggjort i tidsskriftet Natur i juli sidste år advarede om, at reserver af råvarer, der bruges i lithium -ion -batterier, såsom kobolt og nikkel, er knappe og dyre og hurtigt ved at løbe tør.

Litium findes i en række mineraler og i salt eller saltlage, mens produktionen af ​​elektroderne kræver sjældne metaller som kobolt og nikkel.

"Vi kunne ikke nødvendigvis have forudsagt for 40 eller 50 år siden, at tantal, indium, alle disse interessante elementer ville blive meget vigtige, "sagde Coxon, peger på miljøskader og belastninger på infrastruktur på steder, hvor mineralerne findes - især i Sydamerika.

"Det lægger pres på, hvordan vi etisk får disse."

Store mængder af brugte lithium -ion -batterikomponenter ender på lossepladser, han tilføjede. De sendes ofte til genbrugsfaciliteter, ofte i udviklingslande, hvor de fjernes til deres bunddele og genanvendelige bits genbruges.

”Det er en meget vigtig miljøudfordring, "sagde Coxon.

Tilføjet Maeva Philippot, en elektroteknisk forsker ved Vrije Universiteit Bruxelles:"Genbrug vil blive vigtigere, da vi har flere og flere batterier, der når slutningen af ​​deres liv."

Ser frem til

Forskere og ingeniører rundt om i verden arbejder på at gøre li-ion-batterier endnu mindre, længerevarende, hurtigere at oplade og mindre flygtig.

De er kendt for at overophedes og nogle gange endda eksplodere, og er relativt dyre at producere, især på grund af de høje omkostninger ved nikkel og kobolt.

"Der kommer nye kemier, der gør det muligt for os at lave endnu mindre batterier, sagde Philippot.

Hvad angår genbrug:"Europa laver et nyt direktiv om batterier i slutningen af ​​deres levetid, og hvordan de kan genbruges og genbruges i andre enheder.

"For eksempel, elektriske bilbatterier kan bruges derhjemme til at lagre energi derhjemme og oplades af solpaneler. Der er mange projekter, der ser på det 'andet liv' eller genbrug af batterier. "

© 2019 AFP