Eine Erfindung, die zu einem festen Bestandteil des täglichen Lebens geworden ist. 2019 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet und entwickelt von einem Briten, einem Amerikaner und einem Japaner. Laptops, Smartphones, Elektro-Fahrräder und Elektro-Autos…, was wären sie ohne den Lithium-Ionen-Akku?
Der Brite Stanley Whittingham kann als der Urvater der wiederaufladbaren Batterie bezeichnet werden. In den frühen 70er Jahren brachte er Titandisulfid mit Lithium zusammen. Die Lithium-Ionen bewegen sich flott vom einen Bestandteil der Batterie (Anode) zum anderen (Kathode), wo sie am Titandisulfid „andocken“. Die Elektronen, die bei diesem Prozess frei werden, sind zum unmittelbaren Einsatz bereit. Das Aufladen geschieht, indem man die Lithium-Ionen wieder zur Anode zurückschickt. Doch die Sache hat eine Kehrseite: Es besteht die Gefahr der Entzündung und selbst einer Explosion.
Was Whittingham sich ausgedacht hatte, erhielt 1977 ein erstes Patent. In den Jahren danach folgten mehrere weitere Patente.
Höhere Kapazität, größere Sicherheit, mehr Patente
Der Amerikaner John B. Goodenough entwickelte 1980 eine wiederaufladbare Batterie, die noch mehr Energie erzeugen konnte. Dabei verwendete er Kobaltoxid. Auch die Arbeiten von Goodenough wurden mehrfach patentiert.
In der ersten Hälfte der 1980er Jahre arbeitete der Japaner Akira Yoshino an Verbesserungen der Technik. Eine bestand darin, das Lithium in der Anode durch Petrolkoks (Kohlenstoffschichten) zu ersetzen und daran Lithium-Ionen hinzuzufügen. In Kombination mit der Lithium-Kobalt-Oxid-Kathode von Goodenough war die erste sichere, kommerziell brauchbare wiederaufladbare Batterie geboren.
1983 meldete Yoshino ein Patent für seine Erfindung an, die heute die Grundlage für die wiederaufladbare Batterie bildet. 1991 kam sie auf den Markt. Für seine Entwicklung wurden noch weitere Patente angemeldet, insgesamt 60. Universitäten und Unternehmen beeilten sich, die Vorteile der innovativen Technologie für sich zu nutzen. Sie reichten eigene Patente ein. Dadurch kam es zu einem regelrechten Wettlauf um die Entwicklung des besten Akkus.
Akku-Welt in Bewegung
Neue Entwicklungen im Bereich von Akkus folgen noch immer in rascher Folge aufeinander. Die Kapazität (im Verhältnis zum Gewicht), die (soziale) Nachhaltigkeit der Materialien und die Sicherheit stehen im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit von Wissenschaftlern und Unternehmen. Dies führte zu Innovationen wie dem Festkörperakku (mit festen anstelle von flüssigen Komponenten und daher weniger feuergefährlich). Aber auch zur Verwendung anderer Materialien, wie Silizium, Kupferschaum und verschiedener natürlicher Stoffe. Ein Akku des israelischen Start-ups StoreDot in einem Smartphone wird in weniger als einer Minute aufgeladen. Anfang dieses Jahres wurde dem Unternehmen ein Patent für die Weiterentwicklung dieser Technologie für den Einsatz in Elektro-Autos erteilt.
Fünfzig Jahre nach der Erfindung der ersten wiederaufladbaren Batterie ist es nun das Ziel, den Akku eines E-Fahrzeugs innerhalb von etwa fünf Minuten aufzuladen.
- 1970: Stanley Whittingham entwickelt eine aufladbare Batterie auf Basis von Titandisulfid und Lithium.
- 1977: Das erste Patent für diese aufladbare Batterie wird erteilt.
- 1980: John B. Goodenough entwickelt und patentiert einen Akku mit Kobaltoxid. Dieser liefert mehr Energie und ist sicherer.
- 1983: Akira Yoshino entwickelt und patentiert einen verbesserten Akku. Das Lithium in der Anode wurde durch Petrolkoks ersetzt und mit der Lithium-Kobaltoxid-Kathode kombiniert.
- 1991: Erster sicherer Lithium-Ionen-Akku auf dem Markt.
- 2020: Patent für schnelle Batterieladetechnologie für Elektroautos.
