Nobelpristagare: I det ögonblicket föddes litiumjonbatteriet

2019-12-19 06:00  

Trots att en järnvikt släpptes med full kraft mot prototypbatteriet började det inte brinna. Det var ögonblicket när litiumjonbatteriet föddes, berättar Nobelpristagaren Akira Yoshino.

Sommaren 1986 genomförde kemiingenjören Akira Yoshino ett avgörande test med sitt nya prototypbatteri. ”Ett mycket enkelt säkerhetstest” kallar han det själv och visar två filmer från testet.

Först får vi se en järnvikt som landar på ett batteri med metalliskt litium i anoden. Eldslågor slår ut direkt, människor i labbet tycks utbrista ”ååååh” och sirener börjar ljuda. Lågorna sprakar och fräser en god stund.

Så här 33 år senare skrockar Akira Yoshino förnöjt inför en fullsatt sal hos Kungliga ingenjörsvetenskapsakademien, IVA.

Akira Yoshino berättade om litiumjonbatteriets födelse under en IVA-föreläsning. Foto: Linda Nohrstedt

Den andra filmen visar när järnvikten släpps på prototypen av det första litiumjonbatteriet, där anoden består av kolfiber. Batteriet blir ihoptryckt av smällen men inga eldslågor slår ut.

– Om batteriet hade börjat brinna i det här säkerhetstestet hade det varit omöjligt att kommersialisera. Jag anser att det här var ögonblicket när litiumjonbatteriet föddes, säger Akira Yoshino.

Tidiga försök gav upphov till bränder

Men vägen fram till det avgörande säkerhetstestet hade varit snårig. Akira Yoshino började sin forskning vid kemi- och materialbolaget Asahi Kasei med att fokusera på den elektriskt ledande plasten polyacetylen.

Läs mer: Nobelpristagare: En ny batteriteknik tar minst tio år att utveckla

Han funderade på hur materialet bäst skulle kunna användas. Eftersom det kan absorbera joner kom han fram till att materialet var en god kandidat till ett nytt batterimaterial.

Akira Yoshino vid en presskonferens hos Kungliga Vetenskapsakademien. Foto: Jonas Ekströmer/TT

Vid den tiden hade forskare börjat experimentera med en ny typ av uppladdningsbara batterier som hade metalliskt litium i anoden. Men problemet var att materialet är mycket reaktivt. Tidiga försök med sådant rent litium i batterier gav upphov till flera bränder. Akira Yoshino ville skapa ett säkrare batteri.

– Jag beslöt att använda polyacetylen som anodmaterial i ett sekundärbatteri. Folk i batteriindustrin ville ha ett nytt anodmaterial, berättar han.

Hittade lösningen när han städade labbet

Polyacetylen visade sig ha en god prestanda och nästa steg var att hitta ett lämpligt katodmaterial. Men det var inte så lätt. En mängd kemiska föreningar fanns föreslagna inom forskarvärlden, men inget som passade. Akira Yoshino ville ha en metalloxid som kunde härbärgera litiumjoner.

– Jag var väldigt frustrerad, berättar han.

I årets Nobelföreläsning återger Akira Yoshino hur han höll på att städa i sitt laboratorium, där flera forskningsstudier låg och skräpade. Där hittade han den amerikanska forskaren John Goodenoughs studie om litiumkoboltoxid.

– Jag förstod med en gång att det var det här jag sökte efter, berättar Akira Yoshino.

De tre kemipristagarna Akira Yoshino, John Goodenough och Stanely Whittingham. Foto: Christine Olsson/TT

Polyacetylen som anod ihop med litiumkoboltoxid som katod var lovande. Vikten var nästan en tredjedel av dåtidens nickelkadmiumbatterier, det tyckte Akira Yoshino var okej. Volymen var ungefär detsamma. Men för kunderna var volymen viktigast, så Akira Yoshino beslutade sig för att ersätta polyacetylen.

Bränderna skulle bli det stora problemet

Han hörde talas om ett nytt kolfibermaterial, med en speciell kristallstruktur, som hade utvecklats i en annan enhet på bolaget Asahi Kasei. Efter att ha undersökt ett prov av materialet konstaterade han att det hade mycket god prestanda.

Den allra första versionen av litiumjonbatteriet sattes ihop 1985. Då hade det kolfiber i anoden och litiumkoboltoxid i katoden.

Nästa steg var att kommersialisera det nya batteriet. Akira Yoshino insåg att bränderna som de tidiga litiumbatterierna hade drabbats av skulle bli det största problemet.

– Det var en säkerhetsfråga, en livsavgörande fråga. Jag måste lösa säkerhetsproblemen. Om det nya batterisystemet löser säkerhetsproblemet kunde jag fortsätta utvecklingen, om det inte gjorde det måste jag överge projektet, berättar han.

En bok väckte intresset för kemi

Därför genomförde han sitt säkerhetsexperiment där järnvikten släpptes mot först ett litiumbatteri med metalliskt litium och därefter mot det nya prototypbatteriet med kolfiber. Efter det lyckade resultatet spreds litiumjonbatteriet över världen.

Akira Yoshino berättade sin historia på ett seminarium hos IVA i förra veckan, några dagar efter han hade mottagit Nobelpriset i Konserthuset i Stockholm. Åhörarna fick bland annat veta att hans intresse för kemi väcktes av en bok som hans lärare hade rekommenderat. Boken var The Chemical History of a Candle, en sammanställning av föreläsningar av den kände 1800-talsfysikern Michael Faraday, och Akira Yoshino var i nioårsåldern.

Nobelpriset i kemi 2019

Nobelpriset i kemi gick 2019 till John Goodenough, Stanley Whittingham och Akira Yoshino för utvecklingen av litiumjonbatterier.

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