Nobelpristagare: En ny batteriteknik tar minst tio år att utveckla

2019-12-10 06:00  

Han uppfann litiumbatteriet under sin tid hos oljebolaget Exxon. Ny Teknik har träffat Nobelpristagaren Stanley Whittingham.

Tre forskare belönas med årets Nobelpris i kemi för utvecklingen av litiumjonbatteriet.

Stanley Whittingham lade grunden på 1970-talet när han kom på att titandisulfid kunde används som aktivt material i katoden. Materialet formar på molekylnivå små hålrum som kan ta emot litiumjoner i en process som kallas interkalering.

De andra två pristagarna, John Goodenough och Akira Yoshino, byggde sedan vidare på Stanley Whittinghams grund.

Läs mer: ”Litiumjonbatteriet är kungen bland batterier”

Det lätta, laddningsbara och kraftfulla litiumjonbatteriet har gjort det möjligt att driva mobiltelefoner, bärbara datorer och elbilar.

Men varken Stanley Whittingham eller Akira Yoshino kunde vid tiden för sina upptäckter föreställa sig hur mycket de skulle påverka samhället, berättade de på en presskonferens i lördags.

Exxon rekryterare forskare – ville bygga elfordon

Stanley Whittingham jobbade för oljebolaget Exxon när han uppfann litiumbatteriet. Inför hotet om att oljan skulle ta slut hade bolaget inlett en satsning på grundforskning för att bredda sin verksamhet.

Några av de mest framstående forskarna inom energiområdet rekryterades och fick frihet att forska om vad de ville, bara det inte handlade om olja eller bensin.

– Exxons avsikt var att bygga elfordon. De hade stora planer, men mina drömmar var inte nödvändigtvis så stora. Helt klart har hela området med bärbar elektrisk kraft gått långt utöver vad vi någonsin kunde ha drömt om. Vi skulle inte ha haft Iphones eller energilager i elnäten. Vi hade drömmar, men de var aldrig så stora som det som hände. Det har varit bra 50 år, skulle jag säga, säger Stanley Whittingham.

Nobelpristagarna i kemi, Akira Yoshino, John B Goodenough och M Stanley Whittingham efter sina Nobelföreläsningar i Aula Magna på Stockholms universitet. Foto: Christine Olsson/TT

Den amerikanska forskaren John Goodenough tog Stanley Whittinghams upptäckter vidare. Genom att använda en metalloxid i stället för en metallsulfid lyckades amerikanen skapa ett batteri med högre spänning.

Japanen Akira Yoshino, som jobbade för Asahi Kasei Corporation, tog så småningom fram det första kommersiellt gångbara litiumjonbatteriet 1985 genom att byta ut det reaktiva metalliska litiumet i anoden mot petroleumkoks. Då blev batteriet stabilt och långlivat.

”Flödesbatterier är som en kemisk fabrik”

Men det var en smal marknad han såg framför sig:

– 1985 fanns bara en marknad för kraftkällan, det var videokameran, så jag kunde inte föreställa mig en så stor marknad vid den tiden, säger Akira Yoshino.

Läs mer: Tilldelades Nobelpris för ozon-upptäckt – uppmanar unga att ”skrika högt”

Stanley Whittinghams intresse för kemi väcktes av två lärare på gymnasiet. I dag är han 77 år och tycker fortfarande att forskning är spännande.

– Vi måste jobba på att få upp energilagringskapaciteten med faktor två, få ned kostnaden med faktor två och göra batterierna säkrare, säger han.

Stanley Whittingham i ett av sina laboratorium vid Binghamton University. Bilden är från 2014. Foto: Jonathan Cohen/TT

Litiumjonbatteriet tror han kommer att vara den överlägsna batteritypen, särskilt i bilar, under de närmaste tio åren. Främst för att det tar minst tio år för att utveckla en ny batteriteknik och ta den till marknaden.

– Jag gjorde min upptäckt på 70-talet och sedan jobbade Goodenough och Yoshino vidare. Det tog till 1991 innan batteriet var kommersiellt gångbart, det blir 20 år, säger Stanley Whittingham.

Vilken batteriteknik kommer att slå litiumjonbatteriet i framtiden?

– Det beror på applikationen. Som energilager i elnätet kan kostnad och livstid vara viktigast, då kan lösningar som natriumjonbatterier kanske vara värdefulla. De kommer att lagra mindre energi och det kan kanske finnas säkerhetsproblem, men kostnaden blir lägre. Men de är stora, jag tror inte att natriumjonbatterier kommer att finnas i bilar.

Vad tror du om flödesbatterier?

– De är som en kemisk fabrik, så de är komplicerade. Svårigheten där blir livstidskostnaden.

Det batteri som Stanley Whittingham forskade på under sin tid hos Exxon hade en anod av metalliskt litium. Det är ett reaktivt material och batteriet blev för explosivt för att vara användbart.

Så småningom kom forskargruppen på att aluminium kunde blandas in i den metalliska litiumelektroden för att batteriet skulle bli säkrare.

”Jag blev ganska uppspelt och kanske chockad”

I början av 1980-talet lade Exxon ned utvecklingsarbetet kring batteritekniken. Enligt Stanley Whittingham handlade beslutet inte så mycket om batteriets säkerhetsproblem.

– Inga av våra batterier började brinna förrän efter att de hade använts. När vi tog isär dem för att göra en ”obduktion” på dem fattade de eld. Men sedan har vi lärt oss att man ska göra det i handskbox, då är det säkrare, säger han.

Ny Teknik fick en intervju med Stanley Whittingham. Foto: Privat

Tror du att Exxon ångrar sitt beslut att lägga ned forskningen i dag?

– De var alldeles för tidiga, de skulle ha behövt investera i 20 år, och det är inte säkert att de skulle ha tjänat pengar på det. Det som till slut stoppade det mesta av satsningen på alternativ energi på Exxon var att marknaden inte var stor nog för dem, säger han.

Du har flera patent inom litiumjontekniken, har du blivit rik på forskningen?

– Nej, nej, som anställd skriver du över patenten på din arbetsgivare. De första patenten ligger alla inom Exxon och sedan finns det några senare som finns hos universitetet. Men man får bra årliga lönehöjningar om man gör bra saker.

Du har tilldelats vetenskapsvärldens största pris, hur reagerade du när du fick beskedet?

– Ganska uppspelt och kanske chockad. Jag var på ett stort batterimöte i Tyskland och en kollega tog emot samtalet, räckte över telefonen och sa att det var ett viktigt samtal till mig. Senare sa hon att jag inte såg särskilt uppspelt ut förrän efter några minuter. Men mina kolleger på mötet blev alla väldigt glada, säger han.

Mot slutet av sina år på Exxon ingick Stanley Whittingham i ledningen. Han ansvarade för forskningen om syntetiska bränslen.

– Sedan gick jag tillbaka till universitetsvärlden och jobbade med superkondensatorer innan jag återvände till batteriområdet. Jag har gått in och ut, det var antagligen bra för jag stelnade inte till, säger han.

Stanley Whittingham

Stanley Whittingham är 77 år och född i Storbritannien.

Han doktorerade 1968 vid Oxford University.

Numera är han knuten till Binghamton University i New York.

Nobelprisen i kemi, fysik samt fysiologi eller medicin 2019

Kemi

Årets Nobelpris i kemi går till tre forskare för ”utveckling av litiumjonbatterier”.

John Goodenough vid The University of Texas at Austin, USA. Han började sin forskarbana som fysiker, men övergick sedan till kemin. Han la grunden för dagens litiumjonbatteri.

Stanley Whittingham vid Binham University, State University of New York, USA.

Akira Yoshino arbetar vid Asahi Kasei Corporation i Tokyo och Japan Meijo University i Nagoya, Japan. 1985 ansökte han om patent på det första kommersiellt gångbara litiumjonbatteriet med en positiv elektrod av grafit.

Fysik

Årets Nobelpris i fysik går med ena hälften till:

James Peebles vid Princeton University, USA ”för teoretiska upptäckter inom fysikalisk kosmologi”

och med andra hälften gemensamt till:

Michel Mayor vid Université de Genève, Schweiz och Didier Queloz, vid Université de Genève, Schweiz och University of Cambridge, Storbritannien ”för upptäckten av en exoplanet i bana kring en solliknande stjärna”.

Fysiologi eller medicin

Nobelpriset i fysiologi eller medicin tilldelas i år William G Kaelin Jr, Sir Peter J Ratcliffe och Gregg L Semenza, för deras arbete om hur celler känner av och anpassar sig till syretillgången.

Linda Nohrstedt

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt